Défauts de fabrication sur la cuve du réacteur EPR de Flamanville-3

Yves Marignac, WISE-Paris Briefing, lundi 13 avril 2015

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Défauts de fabrication sur la cuve du réacteur EPR de Flamanville-3 [pdf, 145 Ko]
Yves Marignac, WISE-Paris Briefing, lundi 13 avril 2015

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Fabrication Flaws in the Pressure Vessel of the EPR Flamanville-3 [pdf, 145 Ko]
Yves Marignac, WISE-Paris Briefing, 12 april 2015

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RÉSUMÉ

Les défauts de fabrication détectés fin 2014 sur le couvercle et le fond de la cuve du réacteur EPR (European Pressurized Water Reactor) en construction à Flamanville-3 sont susceptibles, de par leur taille et leurs caractéristiques, de remettre sérieusement en cause la tenue mécanique de ces pièces essentielles pour la sûreté, et par là même l’ensemble de la démonstration de sûreté du réacteur.

La raison pour laquelle un phénomène bien connu d’hétérogénéité n’a pas été maîtrisé par Areva lors du forgeage de ces pièces dans son usine du Creusot reste à investiguer. La raison pour laquelle les défauts ont été détectés ou rendus publics si tardivement, bien après que la cuve soit en place dans le bâtiment réacteur, devra aussi être examinée.

Justifier la sûreté de la cuve défectueuse constitue désormais un défi majeur pour le fabricant Areva et pour l’exploitant EDF. La seule alternative à la production d’une démonstration acceptable consiste à réparer ou remplacer les équipements défectueux, ce qui apparaît difficilement réalisable et particulièrement coûteux dans le cas du fond de cuve. Par conséquent, c’est bien l’avenir de l’ensemble du projet Flamanville-3 qui est remis en question.

Au niveau international, d’autres réacteurs EPR en construction ou en projet semblent être concernés. Au moins une part des quatre pièces que constituent les couvercles et fonds de cuve des EPR de Taishan-1 et -2, en Chine, est ainsi en cause. Des pièces similaires qui ont pu être produites par avance pour d’autres projets, dont Hinkley Point-C en Grande-Bretagne, pourraient également être touchées.

Yves Marignac

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EXTRAITS

• Importance de la cuve pour la sûreté du réacteur
• Nature des défauts
• Chronologie
• Enjeu réglementaire
• Solutions alternatives
• Implications internationales

[...]

Importance de la cuve pour la sûreté du réacteur

La cuve du réacteur, qui abrite la réaction de fission du combustible nucléaire, est l’un des équipements les plus cruciaux pour la sûreté d’un réacteur nucléaire. Ceci est d’autant plus vrai dans le cas du réacteur EPR en construction à Flamanville : avec une capacité nominale de 1.650 MWe, sa cuve est conçue pour contenir plus de combustible – et donc plus de potentiel de danger – que n’importe quel autre réacteur dans le monde. En particulier, l’exclusion de toute rupture de la cuve constitue un point majeur de la démonstration de sûreté. Compte tenu des conditions extrêmes rencontrées par la cuve en termes de charge mécanique, hydraulique, thermique et radioactive, des exigences de robustesse mécanique très fortes sont imposées à la cuve. La pression et la température de dimensionnement sont respectivement de 176 bar et de 351°C.
[...]
Le problème rendu public le 7 avril 2015 concerne le couvercle et le fond de cuve, deux pièces [...] forgé[e]s par Areva dans son usine du Creusot (l’ensemble de la cuve étant ensuite assemblé par Areva).

Nature des défauts

[...]
Les pièces concernées sont toutes composées d’acier 16MND5. Le défaut constaté est une ségrégation, c’est-à-dire une concentration accrue de carbone dans l’acier dans certaines zones des calottes du couvercle et du fond [...]
Ce défaut a été mis en évidence lors de tests pratiqués en octobre 2014 [...] sur un couvercle « témoin », fabriqué dans les mêmes conditions [...].
La concentration en carbone atteint 0,30 % dans la zone centrale de la pièce forgée. [Au-delà donc de] 0,22 %, qui est la limite supérieure fixée dans le Code technique applicable et qui correspond à la valeur maximale pour [...] qualifier les propriétés mécaniques de l’acier 16MND5 au niveau attendu. En d’autres termes, comme le souligne l’ASN, la concentration trouvée au cœur de la zone ségrégée sort donc significativement du domaine connu.
La concentration en carbone affecte les propriétés mécaniques du matériau, exprimées en termes de ductilité du matériau (sa capacité à se déformer sans se rompre) et d’autre part de ténacité (sa capacité à résister à la propagation d’une fissure). [...]
Le couvercle et la cuve de Flamanville-3 ayant été fabriqués dans les mêmes conditions, il est extrêmement probable qu’ils présentent des défauts très similaires, même si le degré de transposabilité des résultats fait partie des éléments à analyser. [...]

Chronologie

L’ASN a reçu de la part d’Areva une première information sur les résultats de ces tests en décembre 2014. [...]
Le couvercle et le fond de la cuve de l’EPR de Flamanville-3 semblent avoir été forgés dès 2006 (c’est-à-dire avant même l’obtention de l’autorisation de création d’un nouveau réacteur à Flamanville, délivrée par un décret en avril 2007).
Des défauts majeurs sur le couvercle de la cuve, d’une nature différente du problème en cause aujourd’hui, ont été identifiés par Areva à l’automne 2010 et en juin 2011. [...] En octobre 2011, l’ASN a autorisé Areva à procéder à une opération de reprise et réparation poussée de ces défauts, plutôt qu’à remplacer le couvercle. [...] le processus de réparation, qui est en voie d’achèvement, s’est apparemment déroulé sans identifier le problème de ségrégation, ni en tenir compte.
[...] le corps de la cuve [...] a été livré sur le site de Flamanville en octobre 2013 et mis en place en janvier 2014. Pourtant le programme d’essais destructifs nécessaire dans le cadre de la qualification du couvercle et du fond de cuve n’a été proposé à l’ASN par Areva qu’en septembre 2012. Enfin, les tests qui ont mis en évidence la zone ségrégée n’ont été réalisés qu’en octobre 2014.
Rien n’explique pour l’instant pourquoi le processus industriel est allé jusqu’au positionnement du corps de la cuve dans le puits de cuve puis à la poursuite pendant plusieurs mois de la construction des ouvrages de génie civil et de montage des circuits autour de cette cuve, alors même que les essais de qualification en cause n’avaient pas commencé. Ceci questionne à la fois la raison pour laquelle Areva n’a pas repéré ce problème majeur plus tôt dans le processus, et la raison pour laquelle EDF a décidé de procéder au montage alors que cette qualification n’était pas complète. L’ASN a confirmé que l’explication du caractère tardif des tests fera pleinement partie de son investigation.

Enjeu réglementaire

Au terme de sa construction, le réacteur EPR de Flamanville-3 devra obtenir une autorisation d’exploitation, délivrée par l’ASN dans le cadre du régime des installations nucléaires de base (INB), avant d’entrer en service commercial. Avant cette autorisation, tous les équipements sous pression nucléaires (ESPN) de l’installation, au premier rang desquels la cuve du réacteur, doivent obtenir la certification de l’ASN dans le cadre d’une réglementation spécifique, qui a été renforcée en 2005. [...]
La réglementation exige que le fabricant démontre que la cuve respecte toutes les spécifications mécaniques, dont la résilience est une composante importante. Concernant les pièces concernées par les défauts, la réglementation impose à Areva soit de démontrer que le couvercle et le fond de la cuve respectent les critères mécaniques [...] soit de justifier par d’autres moyens qu’un niveau équivalent de sûreté est atteint.
Il est donc en théorie possible que la cuve défectueuse puisse obtenir la certification par le biais d’une démonstration de sûreté alternative. La nature et la taille des défauts constatés rendent toutefois la construction de cette démonstration, si elle est possible, très difficile. [...]
La première étape du processus de réévaluation devrait consister en une nouvelle série de tests, qui a déjà été annoncée. Areva a proposé à l’ASN un programme d’essais qui reste à détailler et que celle-ci doit encore approuver. [...] Bien que ce programme soit encore soumis à des discussions, la ministre de l’Écologie a d’ores et déjà annoncé que les résultats en seront présentés en octobre 2015. L’ASN examinera ensuite l’ensemble des justifications apportées par Areva sur la base de ces résultats. Il est trop tôt pour savoir si ces résultats seront conclusifs, dans un sens ou dans l’autre, et dans quel délai l’ASN sera en mesure d’arrêter une position définitive.
Des questions pourraient également se poser sur le statut juridique de la décision qui en découlera, et sur la manière dont elle pourrait être attaquée par les industriels concernés ou par des opposants au projet, en fonction de son orientation. [...] Par ailleurs, dans un tel contexte, des questions importantes risquent de se poser sur la responsabilité respective des autorités et des industriels, en cas d’abandon du projet comme de démarrage du réacteur.

Solutions alternatives

Si Areva échoue à [...] compléter le dossier de sûreté, alors la seule alternative envisageable pour obtenir l’autorisation de mise en service sera de réparer ou de remplacer les pièces défectueuses. La fabrication d’un nouveau couvercle de cuve serait tout à fait possible [...]. Concernant le fond de cuve, il apparaît très improbable de trouver une solution en séparant le fond du corps de la cuve pour le réparer ou le remplacer séparément, ou de le réparer in situ. Toute solution de réparation ou de remplacement conduirait ainsi presque certainement à devoir évacuer le corps de la cuve. Une telle opération serait sans précédent et générerait des défis techniques très difficiles, compte tenu de l’état d’avancement de la construction et de l’absence d’espace dans le bâtiment réacteur.
Les obstacles techniques à franchir par toute solution éventuelle de réparation ou de remplacement du fond de cuve, et les questions majeures et inédites qu’elle soulèverait du point de vue de la sûreté, entraîneraient de fortes incertitudes et des coûts très élevés. Les alternatives techniquement réalisables, s’il en existe, soulèveront d’importantes questions de rentabilité. En d’autres termes, l’évaluation économique des scénarios correspondants pourrait conclure que l’abandon du projet est moins coûteux que la réparation ou le remplacement, surtout si l’on prend en compte des facteurs tels que les coûts financiers associés à de nouveaux délais importants, ou les économies réalisées sur les coûts futurs du démantèlement si le réacteur devait ne pas démarrer.

Implications internationales

[...] Il n’existe aujourd’hui pas de raison particulière de penser que des couvercles ou fonds de cuve qui ont été forgés par Japan Steel Works ont connu les mêmes problèmes. Ceci concerne notamment les pièces utilisées pour la cuve du réacteur EPR d’Olkiluoto en Finlande, qui n’est donc pas directement concerné.
En revanche, les mêmes défauts sont attendus sur les couvercles et fonds qui ont été forgés au Creusot pour d’autres réacteurs EPR. Bien qu’on ne sache pas encore clairement combien et lesquels des deux couvercles et des deux fonds de cuve des réacteurs chinois de Taishan-1 et -2, il est confirmé par l’ASN qu’au moins deux parmi ces quatre pièces ont été forgées au Creusot. [...]
Il conviendra également de clarifier rapidement si d’autres couvercle(s) ou fond(s) de cuve ont déjà été forgés dans le cadre d’anticipations de commandes, notamment pour le projet de deux réacteurs EPR de Hinkley Point-C en Grande-Bretagne, voire pour le projet de Jaïtapur en Inde, et dans ce cas s’ils ont été ou non forgés au Creusot selon le même procédé que ceux de Flamanville-3.

Yves Marignac, 13 avril 2015

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le clin d’œil du webmestre
« UNE ANOMALIE DANS CERTAINES ZONES DE LA CUVE »

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