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THESE de DOCTORAT de l'UNIVERSITE PARIS 6 Spécialité MECANIQUE APPLIQUEE A LA C

THESE de DOCTORAT de l'UNIVERSITE PARIS 6 Spécialité MECANIQUE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION Option . Dynamique des structures Présentée à TUT NATIONAL DES SCIENCES ET TECHNIQUES NUCLEAIRE S Par Boualem REZKALLA H pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'UNIVERSITE PARIS 6 Sujet de la thèse ABILITE MECANIQUE DES SYSTEMES CHUTANTS CAS DES BARRES DE COMMANDE DE REACTEURS NUCLEAIRES . soutenue le 27 Mai 199 1 devant le jury composé de MM. R. J. GIPERT L. JEZEQUEL M. LALANNE C. PHALIPPO U F. TEPHANY J. M. GRANDEMANGE Président Rapporteurs Examinateurs THESE de DOCTORAT de l'UNIVERSITÉ PARIS 6 Spécialité MECANIQUE APPLIQUÉE A LA CONSTRUCTION Option Dynamique des structure s Présentée à L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES ET TECHNIQUES NUCLEAIRE S Par Boualem REZKALLA H pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'UNIVERSITE PARIS 6 Sujet de la thèse : FIABILITÉ MÉCANIQUE DES SYSTEMES CHUTANT S CAS DES BARRES DE COMMANDE DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES . soutenue le 27 Mai 199 1 devant le jury composé de MM. R. J. GIBERT Président L. JEZEQUEL Rapporteurs M. LALANNE C. PHALIPPOU F. TEPHAN Y J . M . GRANDEMANGE Examinateurs REMERCIEMENTS Le présent travail a été réalisé au L aboratoire d'E tudes d e Fonctionnement et Fiabilité du D.M.T au Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay . Je tiens à exprimer mes vifs remerciements à Monsieur R .J. GIBERT, Professeur à l'INSTN, qui fût mon directeur de thèse, de m'avoir accueilli dans so n service et pour les conseils qu'il m'a prodigués tout au long de ce travail . Je remercie également Messieurs R . COUDRAY et C . PHALIPPOU pour leur aide et leurs conseils . J'exprime ma sincère reconnaissance à Monsieur D. GUILBAUD pour l'aide et la disponibilité dont il a fait preuve lors de nos discussions. Mes remerciements vont aussi à tous les membres des laboratoires EF F et TCY pour leur accueil symathique . Je n'oublie pas de remercier M . J. DEVOS pour m'avoir permis d e continuer le présent travail dans son laboratoire (RDMS) . Que tous ceux qui ont contribué de près ou de loin, à l'élaboration de c e modeste travail, trouvent ici l ' expression de ma sincère reconnaissance . SOMMAIRE CHAPITRE 0 : Introduction 0.1 Mesures de sûreté pour un réacteu r 0.1 .1 La méthode des barrière s 0.1 .2 Système d'arrêt d'urgence 0.1 .3 Circuit de refroidissement de secours 0.2 Description des anomalies de fonctionnement des barres de command e 0.3 Organisation générale du mémoire 1 b ..r .g. PARTIE, CHAPITRE I : METHODOLOGIE I.1 Introduction I.2 Principales définitions I-3 Méthodes d ' estimation de la fiabilit é I3.1 Analyse qualitative -I.3.1 .1 Introduction -L3.1 .2 Connaissance du système et de ses conditions d'utilisatio n -I.3.1 .3 Analyse du risque -L3.1 .4 Analyse par A.M.D .E Elaboration d'une AMIDE (FMEA) -I.3.L5 Méthode des arbres de défaillance -I.316 Diagramme de fiabilité I.32 HABILITE DU DISPOSITIF DE BARRES DE COMMANDE -I.3.2.1 Définition du problèm e -L3.2.2 Historique des défaillance s I.3.3 Analyse quantitativ e -L3.3.1 Fiabilité -I.3 .32 Disponibilité -I.3.3.3 Maintenabilité -1.3.3.4 Taux de défaillance -I.3.3.5 Calcul de la fiabilité d'un systèm e - Système série - Système parallèle 1 -I.3.3 .6 Utilisation des graphes d'états 1.4 Application â la mécaniqu e I.4.1 Introduction I.4 .2 Formulation d'un problème en fiabilité mécaniqu e I.4.3 Méthode de la résistance contrainte 1.4.3 .1 Cas des distributions normales 1 .4.3.2 Cas des distributions log-normales Io4.3.3 Cas des distributions quelconques 1.4.4 Méthodes de calcul de la fiabilité I.4.4.1 Méthodes exacte s 1.4.4.2 Méthodes approximative s - Méthode du FOSM - Avantages et inconvénients I.4.4.3 Méthodes de simulation Méthode d'échantillonnage "importance sampling I.4.5 Comparaison des différentes méthode s 1.4.6 Conclusions CHAPITRE II : Analyse dynamiqu e IL 1 Introduction I1.2 Modélisation de l'impac t 11.3 Modélisation du frottement Z ARTIE CHAPITRE III : Modélisation et Simulatio n III.1 Description du problème étudi é III.1 .1 Données géométriques III.1 .2 Données mécaniques 11I2 Equations du problème 1I1.3 Intégration numériquedes équations du mouvement I11.4 Résultats de simulation numérique III.4.1 Influence des paramètres numériques Etendue de la base modale - conditions initiale s III.4 .2 Influence des paramètres physiques : le frottement 2 àl= PARTI E CHAPITRE IV ANALYSE PROBABILISTE IV-1 Analyse d'un cas simple IV.1 .1 Calcul des forces d'impact IV. 1.2 Fonction de performance IV.1.3 Calcul de la fiabilité IV-2 Application au cas reèl CHAPITRE V MODELE STOCHASTIQUE DES FORCES D'IMPACT S V.1 Introduction V.2 Présentation du problèm e V.3 Formulation mathématique V.4 Détermination des Amplitudes et dates d'arrivée s V.5 Méthode de simulatio n V.6 Résolution de l'équation du mouvement V.7 Résultats numériques du modèle V.8 Calcul de la fiabilité V.9 Conclusion PARTIE, CHAPITRE VI : ETUDE D'UN EVENEMENT RARE : LE COINCEMEN T VI.1 Introduction VI2 Principe de l'étude VI.3 Analyse et discussion des résultats VI- 4 Estimation de la probabilité de choc vertical VI- 4.1 Distribution des trajectoires dans le plan des phases VI-42 Distribution du déplacement latéral du point C VI- 4.3 Distribution du temps entre deux chocs verticaux VI-4.4 Estimation de la probabilité de passage VI-405 Calcul du nombre moyen d'impacts verticau x VI-5 Conclusions CHAPITRE VII CONCLUSIONS ANNEXE S ANNEXE 1 : Transformation de Rosenblatt 0. INTRODUCTION Les méthodes quantitatives de modélisation, d'analyse et d'évaluation constituen t actuellement l'essentiel des outils de l'ingénieur . Avec l'avènement des puissants calculateurs, ces méthodes ont été enrichies et complétées par des techniques d'analyse numériqu e sophistiquées. Cependant, un fait majeur dont il convient de tenir compte, est que bien souvent ces méthodes sont élaborées selon des hypothèses quelque peu irréalistes, en particulier utilisen t des conditions, initiales ou limites, idéales . La plupart des données utilisées dans les problèmes d'ingénieur, souffren t d'incertitudes. Les coefficients numériques utilisés dans les calculs sont le plus souvent issu s de résultats expérimentaux . Ceux-ci varient d' une expérience à une autre, car obtenus dans de s conditions qui apparemment identiques sont, en réalité, différentes. En d'autres termes, ces coefficients ne peuvent être exactement connus, mais seulement avec une certaine plage de variation. Ce qui pose un problème de choix, étant donné que l'occurrence de certaines valeur s est plus fréquente que d'autres. Si l'on ajoute à cela le caractère aléatoire de certains cas de chargement tel que la houle , le séisme ou le vent, on voit qu'une approche probabiliste des problèmes de la mécanique n' a rien de surprenant. Elle devient même indispensable lorsqu 'il s'agit d'optimiser la conception d'une structure aussi bien d'un point de vue économique que de celui de la sécurité . 0.1 Mesures de sûreté pour un réacteur : La sûreté des réacteurs nucléaires a toujours été un des soucis majeurs du C .E.A et c'est dans ce cadre que s 'inscrit cette étude. Sur le plan pratique, les mesures de sûreté pour un réacteur reposent sur quelques principes de base, nous en citons quelques uns : 0 .1 .1 - La méthode des barrières : plusieurs barrières étanches sont interposées suc- cessivement suivant le principe des poupées russes, entre les produits radioactifs e t l'environnement. Ces barrières sont constituées de la gaine de combustible, de l'enveloppe d u circuit primaire (cuve, tuyauterie) et d'une grande enceinte de confinement (Bâtiment du réac- teur) capable d'éviter la fuite de la radioactivité à l'extérieur, si les deux premières barrières venaient à perdre leur étanchéité. 0 .1 .2 - Système d'arrêt d'urgence : c'est un système de régulation et de protection capable d'arrêter une évolution anormale, dans tous les cas de phénomènes transitoires et 4 d'incidents prévisibles . Il permet l'insertion rapide dans le coeur d'éléments absorbants les neu- trons (barre de commande) et qui stoppent la réaction en chaîne. C'est la modélisation de ces anomalies de fonctionnement qui constitue une application de notre étude . 0 .1 .3 - Circuit de refroidissement de secours installé sur tous les réacteurs, il per - met d'éviter un échauffement excessif du combustible . 0 .2 Description des anomalies de fonctionnement des barres de commande Parmi les incidents très peu probables envisagés par les services de sûreté, le s anomalies de fonctionnement des mécanismes de barres, consistent généralement en la no n chute gravitaire, coincement ou retard dans la chute . Chacune de ces anomalies constitue ce que l'on appelle un mode de défaillance . La non chute gravitaire et le coincement constituent des défaillances catalec- tiques : c'est-à-dire soudaines et complètes. Pour un dispositif dit de type 2 (Réf. 3), ces défaillances peuvent survenir au niveau du boîtier de commande de pince et du tube de transla- tion. L'autoblocage dynamique peut être dû soit au grippage, soit à la rupture obstruante de la bague cannelée (celle-ci guide la tige cannelée de commande de pince lors de la chute), o u encore au gonflement du matériau absorbant. Un blocage peut se réaliser par perte de protectio n ou rupture de barrière, ou bien par ascension d'impuretés bloquantes au niveau de la bague. Le retard dans la chute est essentiellement dû au frottement de l'équipage mobile contr e les guidages. Le contact entre l'ensemble mobile uploads/Geographie/ mecanique-appliquee-a-la-construction-option-these-de-doctorat-de-l-x27-universite-paris-6.pdf