Programme PASTIS

• Dates de réalisation : 2022 à 2025 : construction de la plateforme expérimentale - A partir de 2026 : réalisation des expérimentations, développement de modèles thermohydrauliques et validation de codes (systèmes tels que CATHARE, ASTEC et codes CFD), utilisées ensuite dans l’expertise.
• Financement : le budget prévisionnel est de l’ordre de 12,8 M€ et sera financé à hauteur de 9 M€ par l’ANR. Les recherches expérimentales débuteront en 2026 et seront ouvertes à des collaborations tant au niveau national qu’international.

Depuis l’accident survenu à la centrale nucléaire japonaise de Fukushima Dai-ichi, pour faire face à des situations critiques de perte prolongée des alimentations électriques, la communauté nucléaire a accentué son intérêt envers les systèmes de sûreté « passifs ».

Ces systèmes ne nécessitent pas de sources électriques pour fonctionner et peuvent être mis en œuvre lors de la gestion d’un potentiel accident. L’une des orientations de développements et d’innovations suivies par les concepteurs et exploitants de centrales nucléaires consiste à intégrer des systèmes passifs dans les réacteurs de nouvelle génération, dont les réacteurs modulaires de petite ou moyenne puissance (SMR).

Se préparer à l’expertise des systèmes passifs

Dès 2016, l’IRSN s’est interrogé sur la fiabilité et les apports en matière de sûreté de tels systèmes « passifs » basés sur des phénomènes naturels (convection, condensation…) et a émis des  recommandations. Au-delà de ces recommandations, l’IRSN estime primordial de mener une recherche anticipative visant à appréhender les phénomènes mis en jeu par ces systèmes passifs. Le but est de préparer son expertise technique des dossiers de sûreté afférant à ces systèmes que présenteront les exploitants nucléaires. Dans ce cadre, l’IRSN s’intéresse plus particulièrement aux systèmes de sûreté dédiés à l’évacuation passive de la puissance résiduelle et au refroidissement des enceintes d’un réacteur.

Une analyse détaillée des programmes de recherche en cours et des installations expérimentales disponibles au niveau national et international a permis de dégager deux thèmes de recherche à privilégier :

• les phénomènes convectifs dans les circuits hydrauliques des systèmes passifs (circuit primaire, circuit secondaire) en situations incidentelles ou accidentelles ;

• les phénomènes de convection et de condensation au sein d’une enceinte immergée dans un large volume d’eau (immersion de l’enceinte d’un réacteur SMR dans une piscine) en situation accidentelle.

Une plateforme expérimentale : ALCINA  et KOKOMO, deux installations dédiées

Ces deux thèmes de recherche seront étudiés au sein d’une plateforme expérimentale située sur le site de Cadarache offrant les capacités d’études des phénomènes physiques mis en jeu pour l’évacuation de la puissance résiduelle du réacteur en situations incidentelles ou accidentelles.  Elle sera composée de deux installations suffisamment modulaires et évolutives pour être en mesure de tester différentes configurations géométriques et thermohydrauliques, et ainsi évaluer les performances et la fiabilité des systèmes passifs.

• Une boucle thermohydraulique, dénommée ALCINA pour « AnaLyse de la CIrculation NAturelle », qui aura pour objectif de déterminer les pertes de charges dans une conduite, en convection forcée (avec pompe) et en circulation naturelle, en simple phase ou en diphasique en situations incidentelles ou accidentelles

• Une enceinte de confinement, dénommée KoKoMo pour « COndensation in a COntainment MOdel facility », qui aura pour objectif l’étude des mouvements convectifs et la condensation en paroi simulant le principe d’un Cold Wall Concenser (CWC), et plus particulièrement les effets couplés condensation – stratification 

L’acquisition des connaissances visée sera capitalisée en particulier dans des outils de simulation numérique utilisés en France  (CATHARE pour le fonctionnement normal et incidentel et ASTEC pour les situations d’accidents graves), au travers de développements spécifiques. Cette acquisition de connaissances sera essentiellement nourrie par de nouvelles expérimentations dédiées à l’étude de phénomènes physiques d’intérêt et encore trop méconnus, en suivant une approche scientifique suffisamment générique pour ne pas être dépendant d’un système ou composant spécifique, puisque les concepts industriels ne sont pas encore totalement figés.