Stratégie de stabilisation du corium hors cuve adaptée aux réacteurs à eau – CoriumSURF

Ce projet concerne une stratégie de mitigation des conséquences d'un accident grave sur des réacteurs à eau. Cette stratégie répond aux exigences de "dispositions ultimes" formulées à la suite des accidents de fusion du cœur à Fukushima. Elle consiste à étaler le corium dans le puits de cuve (après sa percée par fusion) et dans un local adjacent puis à le recouvrir d'eau pour aboutir au refroidissement total du corium avant d'atteindre une érosion excessive du plancher en béton. On préserve ainsi l'intégrité de l'enceinte ce qui garantit l'absence de rejets radioactifs significatifs. Cette stratégie va être mise en œuvre par EDF sur tous les réacteurs du parc français et l'exploitant tchèque envisage de la mettre en œuvre sur les VVER-1000. Il y a donc un fort intérêt à une collaboration entre les deux pays sur cette stratégie dont l'évaluation de sûreté est délicate.
Une des différences entre la mise en œuvre en France et en Tchéquie concerne la couche de matériau sacrificiel ajouté sur le radier pour favoriser le refroidissement : en France, il s'agit d'un béton silico-calcaire alors qu'en Tchéquie il est envisagé d'utiliser un géopolymère (mélange de céramiques fabriqué sans eau, ce qui garantit l'absence de production d'hydrogène potentiellement inflammable).
L'enjeu scientifique de cette stratégie est de savoir évaluer trois phénomènes :
1/ l'étalement rapide du corium sur toute la surface disponible
2/ la vitesse d'érosion du plancher (radier) en béton
3/ la vitesse de solidification du corium, qui doit être supérieure à la vitesse d'érosion pour assurer le succès de la stratégie.
Le projet comprend l'étude des trois phénomènes.
L'étalement sera étudié principalement par de la simulation numérique par UJV et l'université CFU-FME à l'aide de modèles CFD et de modèles plus simples. Des observations et mesures expérimentales seront également faites pour estimer la viscosité du corium (mélange de matériaux fondus du cœur et de béton fondu). CVR étudiera en particulier les mélanges obtenus avec un géopolymère (préparé par IIC) à la place du béton. CEA fera des mesures de viscosité.
L'érosion de différents types de bétons est relativement connue mais l'érosion des géopolymères ne l'est pas. Cela sera étudié dans le dispositif de CVR (creuset froid). Du corium sera versé sur une couche de géopolymère et la cinétique d'érosion sera estimée grâce à des prélèvements faits à intervalles réguliers. Le débit de gaz produit sera également évalué puisqu'il joue un rôle sur le refroidissement. Des modèles seront développés par IRSN pour représenter l'érosion d'un géopolymère.
La solidification du corium sera étudiée par l’IRSN. Les modèles déjà applicables aux mélanges contenant du béton seront étendus aux mélanges contenant du géopolymère. Une attention particulière sera portée aux phénomènes de fissuration de la croûte sous eau grâce à des calculs thermomécaniques. Des mesures seront réalisées par le CEA et CVR.
L’ensemble des modèles sera intégré dans le logiciel ASTEC, capable de simuler une séquence complète d’accident grave sur un réacteur. Cela permettra d’évaluer les impacts respectifs des trois phénomènes étudiés en fonction des scenarios d’accident et des temps caractéristiques des systèmes (temps d’étalement complet, temps de renvoi d’eau …) afin d’estimer la marge de sûreté. A ce stade, des échanges et réflexions partagées entre partenaires tchèques et français permettront d’aboutir à une approche consensuelle de la phénoménologie et de la méthodologie d’évaluation de sûreté pour cette stratégie. Cette harmonisation est un objectif important pour les régulateurs et organismes de support technique (TSO) en Europe.
A la fin du projet, il devrait être possible de présenter les fondements scientifiques de cette stratégie et les différentes options possibles (matériau sacrificiel, surface d’étalement, temps caractéristiques, etc.).