Comportement des produits de fission dans un réacteur à eau sous pression en conditions accidentelles

Laurent Cantrel a soutenu son HDR le 11 juillet 2012 à Cadarache.

M. Laurent Catoire, examinateur

M. Gérard Cote, examinateur

M. Béla Viskolcz, examinateur

M. Jean-François Pauwels, invité

M. Francis Abraham, invité

M. Didier Vola, invité

Lors d’un accident majeur survenant à un réacteur sous pression (REP) ou plus généralement à une installation nucléaire, il y a perte de refroidissement du combustible nucléaire et donc les produits de fission (PFs) contenus dans la matrice combustible sont progressivement relâchés lors de son échauffement. A titre indicatif, vers 1000-1200°C, on observe un début de relâchement de l’iode. Un coeur d’un réacteur de 1300 MWe électrique contient environ 5 tonnes de PFs, parmi les plus notables citons le xénon (~500 kg), le césium (~300 kg), l’iode (~20 kg), le strontium (~100 kg), le molybdène (~300 kg) ou encore le ruthénium (~250 kg). Ces PFs sont émis sous forme gaz/vapeur depuis le combustible et sont transportés dans le circuit primaire pour arriver dans l’enceinte de confinement via la brèche par laquelle il y a eu perte du réfrigérant. Lors de ce transport il y a principalement condensation de vapeurs sur les parois du circuit primaire pour les composés les moins volatils et formation d’aérosols par nucléation homogène et hétérogène. Une partie des PFs relâchés atteint l’enceinte de confinement.

Au cours de mes 15 années de recherche, je me suis attaché à développer des modèles physico-chimiques concernant principalement l’iode et le ruthénium, deux PFs dont les conséquences radiologiques sont élevées en cas de rejets dans l’environnement. L’iode et le ruthénium ont une caractéristique majeure en terme de sûreté, c’est de pouvoir former des composés volatils (iode moléculaire : I2, iodures organiques : Org-I, tétraoxyde de ruthénium : RuO4) en raison des conditions oxydantes régnant dans l’enceinte résultant des phénomènes de radiolyse en phases gazeuse et liquide.

L’objectif final est d’intégrer ces modèles dans le logiciel de simulation des accidents graves ASTEC (Accident Source Term Evaluation Code), développé à l’IRSN.

Le développement de ces modèles s’appuient majoritairement sur l’interprétation de programmes expérimentaux réalisés le plus souvent en partenariat avec des organismes de sûreté étrangers et des exploitants nucléaires type EdF; en complément ces dernières années des approches plus mécanistes, supportées par des calculs de chimie théorique, sont entreprises afin d’une part de réduire les marges d’incertitude et d’autre part de valider les modèles en dehors des conditions où la base expérimentale a été obtenus.

Mes activités de recherche, qui seront illustrées au cours de l’exposé, peuvent se subdiviser en différents domaines :

• La chimie de l’iode
• La chimie du ruthénium
• Thématiques en lien avec l’expertise de sûreté
  

Depuis le 1er septembre 2009, une part importante de mes activités de recherche se déroule au sein du laboratoire commun C3R (Cinétique chimique, combustion et réactivité) créé entre le PC2A (CNRS-USTL1) et l’IRSN.