Nucléaire
Banc d’essai pour prévenir les incidents
sur crayon de combustible nucléaire COCAGNE
IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire)
A la suite de la tragédie de FUKUSHIMA au Japon en 2011, l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) a souhaité apporter une réponse à la survenance d’un des incidents qui ont causé cet évènement catastrophique.
L’IRSS voulait créer une machine spéciale capable de reproduire les défauts d’éclatement au niveau des crayons de combustible nucléaire et enregistrer leurs déformations jusqu’à leur rupture.
Cette opération avait toujours été réalisée par des modèles de calcul via une simulation numérique mais le modèle devenait caduc à la suite de cet accident dramatique. Il convenait donc d’être capable de reproduire en réel ces enchainements d’éclatement de crayons de combustible nucléaire jusqu’à leur limite de rupture.
Ainsi, l’IRSN a lancé un appel d’offre en 2014 pour une livraison attendue en 2015. VEGATEC s’est alors rapproché de l’entreprise COMEX Nucléaire basée à Marseille. Ensemble, nous avons répondu à cet appel d’offre selon le schéma suivant :
- Maîtrise d’œuvre et responsabilité qualité : COMEX Nucléaire
- Conception et réalisation de l’ensemble de l’équipement mécanique : VEGATEC
Machine spéciale banc d’essai en cours d’installation chez IRSN
Les enjeux
Les enjeux de ce banc d’essai étaient nombreux. Les principales difficultés résidaient dans le fait de combiner :
- Un outil complexe de métrologie basé sur des mesures micrométriques à l’aide de lasers embarqués sur une plateforme mue d’un mouvement alternatif vertical à très grande vitesse (1m/s souhaité).
- Une enceinte résistant à des pressions pouvant varier du vide primaire (10-3 mbar) et plusieurs dizaines de bars.
- Éléments chauffants mobiles radialement pouvant être régulés jusqu’à une température de 800°C, contenus dans l’enceinte.
- Crayon échantillon positionné au centre de cette enceinte était chauffé tout en étant pressurisé intérieurement à l’hélium jusqu’à 210 bar.
Le châssis
Les matériaux
Les Matériaux mis en œuvre, inox 316L, quartz, alumine, kanthal A1 revêtu d’un isolant minéral, du cuivre, alliage à 51% de cobalt (HAYNES 25 Alloys), Traversées de puissance 300A étanche au vide et résistant à de forte pression, la dilatation de ces mariaux allant jusqu’à 13mm sur certaines pièces.
La réalisation VEGATEC
VEGATEC a réalisé l’étude et la fabrication de l’ensemble enceinte équipée de 5 hublots en quartz de 600 mm de long au travers desquels les lasers mesuraient les déformations suivant 2 plans perpendiculaires.
Cette enceinte était équipée d’une plateforme extérieure en magnésium mobilisée par un système de 3 vis à billes synchrones (système hyperstatique) sans autre guidage linéaire.
La plateforme parcourait 1 mètre de course en un temps calculé d’1 seconde, accélération et décélération comprises.
Le design et le dimensionnement de certaines pièces internes à l’enceinte ont été validés par l’ IRSN lui-même grâce à un logiciel de modélisation thermique lui appartenant.
L’ensemble four est supporté par un châssis mécano-soudé. Ce châssis mécano-soudé est calé horizontalement et fixé solidement au sol une fois pour toute. La structure du four appelée structure enceinte, pièce maitresse du four, est boulonnée sur le châssis avant de recevoir l’ensemble des composants et S/E qui l’équipent.
L’enjeu majeur de cet équipement, est qu’il devait être étanche car le banc d’essai travaille à une pression variant de 10-4 bar à 1,5 bar absolu. De plus, l’intérieur chauffe à des températures supérieures à 1000°C et la plateforme instrumentée se déplace dans un mouvement oscillatoire à des vitesses très importantes.
Ceci imposait une extrême rigueur dans la réalisation de cet assemblage, aussi bien au niveau de la propreté des pièces installées qu’au niveau des respects des alignements, centrages, respects des jeux ainsi des couples de serrage.
L’enceinte pré-équipée