Enceinte de confinement
Une enceinte de confinement - ou caisson de confinement - est une structure en acier et/ou en béton armé qui isole un réacteur nucléaire civil ou militaire, à l'intérieur de laquelle se trouvent la cuve et le cœur du réacteur nucléaire, les générateurs de vapeur et le pressuriseur. Elle a deux grandes fonctions[1] :
- protéger le réacteur contre les agressions externes ;
- protéger le public et l'environnement des produits radioactifs qui sinon pourraient être émis dans l'air ou dans l'eau hors du circuit primaire en cas d’accident.
Pour cela l'enceinte doit être étanche et résister aux chocs, aux températures et aux pressions pouvant être atteintes en cas d’accident, y compris en cas d'accident majeur (fusion du cœur du réacteur). La conception de l'enceinte dépend du type de réacteur considéré, mais à titre d'exemple un REP 900 MWe dispose d'une cuve épaisse de 20 centimètres, puis d'une enceinte à paroi cylindrique épaisse de 90 cm (80 cm pour le dôme). L'enceinte est la troisième et dernière barrière de sécurité du réacteur, la première étant la gaine du combustible, et la seconde étant le circuit primaire, de la cuve du réacteur jusqu'aux générateurs de vapeur et au pressuriseur, via des tuyauteries[2]. La centrale de Tchernobyl dispose maintenant d'une 4e enceinte dite arche.
De nombreuses canalisations traversent cette enceinte. Des vannes situées de part et d'autre de la paroi de l'enceinte permettent d'obturer chacune des canalisations pour limiter les fuites de l'enceinte. Un système d'aspersion alimenté par un réservoir d'eau permet généralement d'y faire diminuer la température et la pression en cas de problème, ainsi que de rabattre au sol d'éventuelles particules émises dans l'air.
Types d'enceintes de confinement
La forme générale de l'enceinte dépend des forces physiques susceptible de la mettre en péril. Dans le cas des réacteurs où le risque principal est celui d'une pression excessive de l'intérieur vers l'extérieur, générée par un dégagement de vapeur d'eau, la forme de l'enceinte tendra vers la sphéricité (figure de gauche sur l'illustration). Dans le cas où c'est la pression au sol, due au poids du bâtiment lui-même, qui est la force dominante et donc le risque principal d'instabilité structurelle, l'enceinte de confinement sera cylindrique (figure centrale).
Les enceintes de confinement récentes sont conçues sur une base cylindrique et une partie supérieure en forme de dôme ou de demi-sphère, afin de répartir les forces au mieux quelle que soit la situation : surpression de vapeur, explosion accidentelle ou d'origine criminelle, tremblement de terre, impact d'avion, etc. (voir figure de droite).
Confinement par type de réacteur nucléaire
Confinement d'un réacteur à eau pressurisée
Dans un réacteur à eau pressurisée (REP), type de réacteur qui équipe la majorité des centrales nucléaires dans le monde et toutes les centrales en France, le rôle de l'enceinte de confinement est d'isoler le réacteur et le circuit primaire qui le traverse, tous deux radioactifs, de l'environnement.
Le circuit secondaire exploite la chaleur dégagée par le circuit primaire au sein d'un échangeur thermique puis véhicule de la vapeur d'eau pressurisée vers les turbines, génératrices d'énergie mécanique. Il est en communication avec l'environnement extérieur, puisque son refroidissement est partiellement assuré par l'air ambiant, aussi est-il nécessaire de disposer d'un moyen de se prémunir d'une contamination lorsque l'état du réacteur et du circuit primaire viennent à mettre en danger l'intégrité du circuit secondaire et des infrastructures de la centrale en général.
En 1979, lors de l'accident de la centrale de Three Mile Island aux États-Unis, l'enceinte de confinement a résisté, à l'exception d'un rejet radioactif limité en importance et en durée. Depuis cet accident, en France, toute nouvelle centrale nucléaire civile doit obligatoirement être dotée d'une enceinte de confinement, et l'efficacité de cette dernière est testée tous les dix ans au minimum, lors des visites décennales[3].
Le nouveau Réacteur pressurisé européen (EPR) possède une enceinte de confinement composée de deux parois de béton: une paroi interne en béton précontraint, recouverte d'une peau métallique côté intérieur et une paroi externe en béton armé, chacune de ces parois a une épaisseur de 1,3 mètre[4].
Confinement d'un réacteur à eau bouillante
Dans un réacteur à eau bouillante (REB), l’enceinte de confinement est généralement sous atmosphère inerte, ce qui gêne les opérateurs pour accéder au compartiment réacteur et comporte un risque accru d'asphyxie. D'autre part, cette atmosphère peut éviter une explosion d'hydrogène dans l'enceinte, mais, comme Fukushima a démontré, pas dans le bâtiment réacteur.
Pour une même puissance électrique fournie, l'enceinte de confinement d'un réacteur à eau bouillante est de moindre envergure que celle d'un réacteur à eau pressurisée.
Exemple de confinement a posteriori sur un réacteur RBMK
À la suite de la catastrophe du 26 avril 1986, le réacteur RBMK 1000 no 4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl a été doté d'une enceinte de confinement sous la forme d'un sarcophage de béton. L'absence d'une telle mesure de sécurité lors de la conception de la centrale a été l'une des principales causes de la dispersion de grandes quantités de matériaux radioactifs dans l'environnement, principalement sous forme de césium 137 et d'iode 131[5].
Depuis le , le cœur du réacteur est solidifié : le corium a progressivement coulé dans la piscine de suppression située sous le réacteur. La piscine, heureusement vidée au cours de la gestion de l'accident, a fortuitement joué le rôle de la partie inférieure de l'enceinte de confinement du site[6]. Si de l'eau avait été présente dans la piscine au moment où le cœur en fusion y a fini sa course, celle-ci se serait immédiatement vaporisée et aurait pu faire explosion par surpression, mettant en péril l'intégrité du dispositif de confinement supérieur.
La nouvelle enceinte a été livrée en juillet 2019. Elle serait selon Novarka "la plus grande structure terrestre mobile jamais construite", avec une portée de 257 mètres, une largeur de 162 mètres, une hauteur de 108 mètres et un poids total de 36,000 tonnes. L'enceinte a été financé par la Banque européenne pour la reconstruction et le développement, l'entreprise américaine Bechtel (spécialisée dans la construction et l'ingénierie) et le client final, le gestionnaire de la centrale de Chernobyl(CHNPP)[7].
Voir aussi
Notes et références
- in Études cinétiques de l'oxydation radicalaire en phase gazeuse d'iodures organiques et de la formation de particules d'oxydes d'iode sous conditions simulées de l'enceinte d'un réacteur nucléaire en situation d'accident grave ; Thèse de doctorat de l'université Aix-Marseille (voir p 21 et suivantes sur 297), IRSN
- Groupe Risque majeur et environnement, académie de Rouen, 2009 : Les barrières d'étanchéité des centrales nucléaires
- Législation française en matière de sécurité nucléaire sur le site du Sénat.
- http://www.areva.com/FR/activites-1710/la-centrale-epr-en-un-coup-d-il.html
- [PDF] Les accidents dus aux rayonnements ionisants, rapport de l'IRSN, 2007
- [PDF] Données métrologiques et évaluation des risques en France lors de l’accident de Tchernobyl (26 avril 1986). Mise au point historique, Pierre Galle, Raymond Paulin, Jean Coursaget, juin 2003, Éditions scientifiques et médicales Elsevier.
- BatiActu (2019) L'enceinte de confinement de Tchernobyl a été livrée 11/07/2019
Articles connexes
Bibliographie
- Chap1 (2012) 3 L'enceinte de confinement in Études cinétiques de l'oxydation radicalaire en phase gazeuse d'iodures organiques et de la formation de particules d'oxydes d'iode sous conditions simulées de l'enceinte d'un réacteur nucléaire en situation d'accident grave ; Thèse de doctorat de l'université Aix-Marseille (voir p. 21 et suivantes sur 297), IRSN ;
- Granger L (1995) Comportement différé du béton dans les enceintes de centrales nucléaires: analyse et modélisation (Doctoral dissertation, École Nationale des ponts et Chaussées) ;
- Schwob A, Coulet D & Wastiaux M (2013) Tchernobyl, une arche pour l'Histoire. Travaux, (899), 30-36.
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