Combustion catalytique de l'hydrogène comme parade au risque de déflagration dans l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire en situation d'accident grave : étude de l'empoisonnement des catalyseurs en atmosphère représentative
Franck Morfin a soutenu sa thèse le 30 juin 2000 à l'Université Claude Bernard Lyon I.
En cas d'accident grave, avec fusion des barreaux de combustible dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, une importante quantité d’hydrogène serait relâchée du circuit primaire. Cet hydrogène, bien qu'accompagné de vapeur d'eau, pourrait alors produire un mélange inflammable avec l'air contenu dans l'enceinte de confinement. La combustion catalytique de cet hydrogène est l'une des parades adoptées pour limiter le risque d’une explosion mettant en péril l’intégrité de cette enceinte.
Dans le contexte de la sûreté nucléaire, nous étudions le comportement des réacteurs catalytiques industriels, appelés recombineurs, en atmosphère représentative, c'est à dire incluant, outre l'air, l'hydrogène et la vapeur d'eau, de nombreux gaz et particules dont certains éléments (par exemple Se, Te et I, provenant de la fusion du cœur) sont connus pour être poisons des catalyseurs utilisés. Cette étude s’appuie, d’une part, sur des "expériences globales" dans une maquette d'enceinte au 1/22ème (H2-PAR) permettant de déterminer l’efficacité des recombineurs en atmosphère représentative et, d’autre part, sur des expériences analytiques mettant en œuvre des catalyseurs génériques exposés à diverses formes physico-chimiques de l’iode, considérées comme poisons potentiels. Ces dernières expériences ont permis de pallier les manques de représentativité de la maquette, et de différencier la réponse de diverses phases catalytiques actives (Pt, Pd et alliages Pt-Pd) vis-à-vis de leur empoisonnement par l’iode. Nous avons expliqué la conservation de l’efficacité des recombineurs industriels en atmosphère représentative par leur fonctionnement en régime de diffusion externe et par les faibles quantités de poisons potentiels mis en jeu. Enfin, les expériences analytiques mettant en œuvre des iodures, interprétées par des calculs d'équilibre thermodynamique, ont montré l'incidence du fonctionnement des recombineurs sur la physico-chimie de l'atmosphère de l'enceinte en situation accidentelle.