Le projet SAMHYCO-NET

Dates de réalisation : 2017-2020
Partenaires académiques : France CNRS-ICARE - Chine Université de Shangaï - Japon - Nagaoke University of Technology -  Norvège University of South-Eastern Norway
Instituts de recherche : - France IRSN - CEA - Espagne CIEMAT - Lituanie LEI - Ukraine SSTC-NRS - Corée du Sud KINS - Suisse PSI - Slovénie IJS - Pays-Bas NRG - Allemagne JULICH / KIT - Canada CNSC / CNL - Japon JAEA - Chine SNERDI - Bulgarie INRNE - Russie SEC-NRS
Industries : France General electric - EDF - Air liquide  - Allemagne Framatome

Lors de la phase tardive d’un accident grave dans un réacteur nucléaire, de l’hydrogène (H2) est produit par l’oxydation des composants métalliques du cœur dégradé par la vapeur d’eau. Ces composants sont présents soit dans le coeur du réacteur (gaines de crayons combustibles et des barres de commande), soit dans le corium (magma résultant de la fusion du cœur du réacteur) qui, s’il a perçé la cuve, est en interaction avec le radier en béton (interaction corium-béton ICB).

Cette interaction entraîne, en plus du H2, une production massive de monoxyde de carbone (CO) et d’autres gaz inflammables. L’accumulation de ces gaz inflammables dans l’enceinte de confinement peut conduire en cas de combustion à des charges en pression et en température potentiellement dommageables pour les structures de confinement et les équipements, en particulier ceux nécessaires à la gestion d’un accident grave. En outre, la montée en pression dans l’enceinte de confinement entraine la migration du mélange H2/CO vers l’espace entre enceintes des REP 1300 et 1450 MWe et les bâtiments connexes favorisant ainsi la formation d’atmosphères explosibles.

Après l’accident de Fukushima- Daiichi, les stress tests européens ont mis en exergue l’existence d’un risque d’explosion dans les systèmes de ventilation ainsi que le risque de migration des gaz inflammables dans des espaces situés au-delà de l’enceinte de confinement, par exemple l’anneau du bâtiment-réacteur.

C’est dans ce contexte que SAMHYCO-NET a été lancé par l’IRSN, sous l’égide de NUGENIA. Il vise à mieux comprendre les phénomènes régissant la combustion des mélanges contenant du H2/CO et ses effets sur les équipements importants pour la sûreté. Ce projet vise aussi à améliorer la connaissance sur le comportement des recombineurs catalytiques dans des conditions représentatives de la phase tardive d’un accident grave. Il vise aussi l’amélioration des capacités prédictives des outils de simulation de l’explosion. Ces progrès seront mis à profit pour améliorer les procédures de gestion des accidents graves, notamment en phase tardive.

Le projet SAMHYCO-NET comporte 4 axes de recherche pour atteindre ses objectifs, l’ensemble étant coordonné par l’IRSN.
 

Axe 1 : état de l’art des données expérimentales et modèles existants : 

Coordonné par Becker Technologies avec le soutien de l’IRSN, ce premier axe vise à réaliser une analyse critique des données expérimentales et modèles numériques existants sur le comportement des recombineurs et de la combustion du mélange H2/CO dans des conditions représentatives de la phase tardive d’un accident grave d’un réacteur nucléaire. Cet état de l’art permettra d’identifier les données manquantes notamment au regard des applications réacteurs et de spécifier en conséquence les essais à réaliser dans le cadre des axes 2 et 3.
 

Axe 2 : étude expérimentale et analytique du comportement des recombineurs catalytiques en phase tardive de l’accident grave

Coordonné par JULICH (Allemagne) avec le soutien de Becker Technologies, cet axe de recherche vise à étudier le comportement opérationnel des recombineurs catalytiques actuels dans les conditions particulières de la phase tardive des accidents sévères, lorsque le corium est hors cuve. Ces travaux s’intéressent aux effets combinés du manque d’oxygène, de la vapeur d’eau et du monoxyde de carbone, ainsi que l’effet négatif de l’iode sur le fonctionnement des recombineurs (empoisonnement possible des sites de recombinaison). Les codes de calculs REKO-DIREKT (approche par transfert diffusif de masse) développé par JULICH, et SPARK (chimie détaillée à la surface du recombineur et dans le gaz qui le traverse) développé par l’IRSN, seront utilisés pour les modélisations théoriques.

Les résultats de ce programme expérimental seront utilisés pour évaluer la capacité des modèles de recombineurs catalytiques existants à prendre en compte ces conditions critiques, et pour proposer une nouvelle modélisation de recombineurs à implémenter dans les codes de calculs d’analyse d’accident.
 

Axe 3 : étude expérimentale et analytique de la combustion du mélange H2/CO/H2O en phase tardive de l’accident grave

Coordonné par le CNRS avec le soutien de KIT (Allemagne), cet axe de recherche a pour objectif de mener des études expérimentales et numériques sur la combustion du mélange H2/CO/H2O dans les conditions hors cuve (après l’interaction corium-béton). Les expériences réalisées permettront de pallier le manque de données sur la propagation des flammes de la combustion du mélange H2/CO/H2O dans des conditions représentatives de la phase tardive des accidents graves. Elles seront mises à profit pour améliorer les modèles de combustion implantés dans les codes de calcul utilisés pour l’évaluation de sûreté.
 

Axe 4 : Amélioration des capacités de prédiction des outils numériques pour l’évaluation du risque d’explosion dans le bâtiment réacteur

Coordonné par l’IRSN avec le soutien de CIEMAT (Espagne), cet axe doit permettre d’identifier les possibilités d’améliorer les procédures de sécurité et les procédures de gestion des accidents graves à partir des simulations d’accidents graves menées dans les axes précédents.

En plus des travaux expérimentaux et analytiques, le projet SAMHYCO-NET produira des documents de références sur l’état de l’art concernant le comportement des recombineurs catalytiques et la combustion durant la phase tardive d’un accident grave ainsi qu’une revue des directives pour la gestion des accidents graves (SAMG) correspondantes.

Les laboratoires : laboratoire de l'incendie et des explosions (LIE) -  Bureau d'études : bureau d'études et d'expertises en accident grave et rejets radioactifs  B2EGR