Hydruration secondaire et fragilisation d'une gaine M5-Framatome après une sollicitation de type APRP

L'IRSN, dans le cadre de la sureté des centrales nucléaires, étudie différents scénarios accidentels hypothétiques. Cette thèse s'intègre dans l'étude des Accidents de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP). Les APRP résultent de l'apparition d'une brèche sur le circuit primaire d'un réacteur à eau pressurisée (REP) et conditionnent le dimensionnement des dispositifs de secours. Lors d'un transitoire APRP le circuit primaire se dépressurise (Voir figure), les crayons combustibles sont exposés à de la vapeur d'eau à haute température (pouvant atteindre 1200°C) et peuvent éclater sous la pression des gaz dans le crayon. La vapeur pénètre alors par l'ouverture, induisant une oxydation interne au voisinage de l'éclatement associée à un relâchement d'hydrogène. Consécutivement, cet hydrogène gazeux s'accumule progressivement dans l'espace exigu compris entre la gaine et le combustible jusqu'à quelques dizaines de millimètres de l'éclatement. Une prise massive d'hydrogène peut alors survenir en surface interne de la gaine et conduire à un pic localisé de concentration en hydrogène.

Des essais dits semi-intégraux ont été mis en place dans l'industrie nucléaire afin d'étudier ce phénomène ainsi que le comportement des gaines en conditions APRP. La nature des essais, ainsi que la difficulté de maitrise des différents paramètres liés à ces essais complexifient l'analyse fine du phénomène d'hydruration secondaire.

Ces travaux de thèse, visent donc dans un premier temps, à mettre en place des essais analytiques afin d'étudier l'influence de divers paramètres sur l'hydruration secondaire. Pour améliorer la compréhension des phénomènes contrôlant l'hydruration secondaire, des caractérisations innovantes ont été mises en œuvre. Des méthodes de caractérisation macroscopiques et de micro-analyses (microsonde de Castaing, micro-LIBS, SIMS) ont déjà été utilisées. Des essais mécaniques seront mis en place pour la caractérisation de la fragilisation à l'hydrogène des gaines. Un volet modélisation est également développé en parallèle des essais dans le logiciel SHOWBIZ.

Les premiers résultats des essais analytiques, mettent en évidence une croissance du pic d'hydrogène avec le temps d'oxydation jusqu'à saturation. L'effet du gap (distance entre les pastilles et la surface interne de la gaine), ainsi que l'effet protecteur d'une couche de corrosion préexistante vis-à-vis de l'hydruration secondaire ont également été mis en évidence.