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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie nucléaire B 3 300 − 1 Manutention du combustible des centrales REP françaises par Roger DELEMONTEY Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques de Besançon Chef du Département Matériels Auxiliaires et Manutention à Framatome es opérations de manutention des assemblages combustibles se font lors d’un arrêt programmé de la tranche nucléaire. Elles s’échelonnent sur une durée de un mois à un mois et demi environ suivant que l’on y associe des opérations de maintenance sur les autres matériels de la tranche. Elles sont faites à cœur ouvert, c’est-à-dire après refroidissement de l’eau du circuit primaire et enlèvement du couvercle de la cuve et des équipements situés au-dessus du cœur. Durant ces premières opérations, qui durent environ une semaine, l’activité du cœur décroît et la température de l’eau se stabilise vers 50 à 60 oC. 1. Fonction de la manutention du combustible................................... B 3 300 - 2 2. Conditions de manutention .................................................................. — 2 3. Caractéristiques des assemblages combustibles........................... — 2 4. Schéma d’ensemble de la manutention ............................................ — 3 5. Matériels de manutention, fonctions et évolutions....................... — 4 6. Règles générales de conception des matériels de manutention — 6 6.1 Astreintes liées aux assemblages combustibles ...................................... — 6 6.2 Conception générale ................................................................................... — 6 6.3 Règles de sûreté .......................................................................................... — 6 6.4 Règles de dimensionnement...................................................................... — 6 6.5 Cas particulier de la fonction levage.......................................................... — 6 6.6 Contrôle-commande.................................................................................... — 7 6.7 Matériaux ..................................................................................................... — 7 7. Descriptif sommaire des principaux matériels de manutention — 7 8. Exploitation et maintenance des matériels de manutention ...... — 11 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 3 300 L MANUTENTION DU COMBUSTIBLE DES CENTRALES REP FRANÇAISES ___________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 3 300 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie nucléaire 1. Fonction de la manutention du combustible Le combustible du cœur du réacteur est renouvelé suivant un programme préétabli. Cette opération, qui se fait environ une fois par an, consiste à remplacer les assemblages combustibles les plus usés (un tiers ou un quart du cœur suivant son mode de gestion) par des assemblages combustibles neufs. Dans le même temps, les assemblages combustibles moyennement usés sont en général changés d’emplacement dans le cœur. De plus, à tous ces mouvements sont associés des changements d’équipements des assemblages combustibles qui sont, suivant leur position dans le cœur et leur fonction, des grappes de contrôle, des grappes de poison consommable ou des grappes de bouchon. À cette manutention principale qui s’effectue dans le bâtiment réacteur (BR) (ﬁgure 1) sont associées : — les opérations suivantes qui ont lieu dans le bâtiment combustible (BK) : • la réception, le contrôle et le stockage temporaire des assem- blages combustibles neufs, • le stockage des assemblages combustibles usés en piscine de désactivation et leur évacuation vers le lieu de retraitement au moyen de conteneurs blindés ; — l’évacuation des assemblages combustibles usés du BR vers le BK et l’introduction des assemblages combustibles neufs du BK vers le BR. Toutes ces manutentions à l’intérieur des deux bâtiments sont réalisées par un ensemble de matériels qui constituent la chaîne de manutention. 2. Conditions de manutention Le combustible acquiert très rapidement au cours du fonctionne- ment du réacteur une radioactivité qui ne décroît que lentement après sa sortie du cœur. De ce fait, pour manutentionner les assemblages combustibles usés, il est nécessaire de protéger les opérateurs du rayonnement très élevé qu’ils émettent et de prévoir l’évacuation de la chaleur résiduelle dégagée. Dans les réacteurs à eau sous pression (REP), l’eau assure ces deux fonctions. Avant d’effectuer la manutention des assemblages combustibles usés, la piscine réacteur est préalablement remplie d’eau (hauteur 10 m environ) et est mise en communication avec la piscine de désactiva- tion du combustible toujours remplie d’eau (ﬁgure 1). La hauteur d’eau à maintenir au-dessus des assemblages combustibles usés pour assurer la protection radiologique des opérateurs impose que la manutention se fasse à distance. Toutefois, grâce aux moyens d’éclairage dont ils disposent, les opérateurs suivent visuellement toutes les manipulations en piscine. La manutention des assemblages neufs en BK se fait en air ou en eau. 3. Caractéristiques des assemblages combustibles Nota : l’article Réacteurs à eau ordinaire sous pression. Description [B 3 110] donne une description détaillée des assemblages combustibles. Les caractéristiques importantes des assemblages pour leur manutention sont rappelées ci-après. L’assemblage combustible (ﬁgure 2) se présente sous la forme d’une structure parallélépipè- dique de section 0,214 m × 0,214 m et de hauteur 4,05 m (REP 900 MW) et 4,8 m (REP 1300 MW et 1450 MW). Équipé d’une grappe de contrôle, son poids est de 7 300 N (REP 900 MW) et 8 940 N (REP 1300 MW et 1450 MW). Il possède un embout inférieur servant au guidage dans la plaque de cœur et un embout supérieur pour sa préhension. La partie principale est formée d’un squelette avec des grilles tenant les crayons contenant la matière combustible. Sa constitution est telle qu’il peut recevoir à l’intérieur des grappes pouvant assurer différentes fonctions (contrôle, poison ou bouchon). L’assemblage combustible est manutentionné avec les mêmes matériels qu’il soit ou non équipé d’une grappe. Par contre, les grappes possèdent leur propre tête de préhension, différente de celle de l’assemblage combustible et qui nécessite des outillages de manutention spéciﬁques. Des précautions importantes sont prises pour la manutention des assemblages combustibles car, d’une part, ils sont d’un coût élevé et, d’autre part, toute fausse manœuvre pourrait entraîner des défaillances (ruptures de gaine) se révélant à la remise en fonc- tionnement de la tranche, ce qui aurait pour conséquence d’obliger au remplacement prématuré des assemblages combustibles concernés et donc de réduire la disponibilité de la tranche. Ces assemblages combustibles sont très ﬂexibles mais l’irradiation les rend fragiles aussi ne supportent-ils pas de fortes déformations (article Thermomécanique du combustible des réacteurs à eau sous pression [B 3 060] dans ce traité). La structure à grille et son embout inférieur possédant une faible capacité de recentrage de position par rapport aux assemblages voisins entraînent des exigences spéciﬁques pour la manutention (précision de position- nement et limitation de déformation et d’effort) et rendent quelquefois nécessaire l’emploi d’un outillage d’aide à l’introduc- tion dans le cœur (ODAAC : outil d’aide au chargement). Figure 1 – Schéma général de manutention du combustible (se reporter à la ﬁgure 6 pour MC, ﬁgure 8 pour PP et ﬁgure 7 pour TT) ___________________________________________________________________________ MANUTENTION DU COMBUSTIBLE DES CENTRALES REP FRANÇAISES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie nucléaire B 3 300 − 3 Le cœur contient 157 assemblages combustibles (REP 900 MW), 193 (REP 1300 MW) ou 205 (REP 1450 MW) (ﬁgure de l’article Réacteurs à eau ordinaire sous pression. Physique du cœur. Neutronique et thermohydraulique [B 3 090], dans ce traité). La manutention des assemblages combustibles se fait un par un suivant une nouvelle carte de cœur préétablie et un programme des séquences de manutention établi par l’exploitant. 4. Schéma d’ensemble de la manutention La ﬁgure 3 montre le schéma de l’ensemble des opérations de manutention pour les REP 1300 MW. (0) I Les opérations principales, repérées sur la ﬁgure 3 par des majuscules, sont générales aux REP , l’implantation des matériels et les dispositions du Génie civil peuvent varier d’un modèle à l’autre. Ces opérations sont citées dans le tableau 1. I À partir de ce schéma d’ensemble des opérations de manutention, il existe plusieurs méthodes pour leur réalisation. Chacune a pour objectif de réduire le temps de manutention et de limiter le nombre d’opérations dangereuses de manutention (par exemple, les reprises de charge). La méthode la plus couramment utilisée consiste à décharger le cœur complètement et à l’évacuer vers le bâtiment combustible, puis à le recharger après avoir mis les équipements appropriés (type de grappe) dans les assemblages combustibles partiellement usés retournant dans le cœur et dans les assemblages combustibles neufs. Les permutations de grappe peuvent avoir lieu soit en BK soit en piscine réacteur (opération C des ﬁgures 3a et 3b pour les REP 900 MW). Une autre méthode dite de déchargement-rechargement partiel ayant pour but de limiter les mouvements d’assemblages combustibles consiste à n’évacuer vers le bâtiment combustible que les assemblages combustibles entièrement usés. Les opérations de permutation de grappes dans les assemblages combustibles non déchargés et les opérations de permutation d’assemblages combustibles dans le cœur (opération A de la ﬁgure 3a ) se font à l’aide d’une machine spéciale (matériel a sur les ﬁgures 3a et 3b ) (REP 1300 et 1450 MW) possédant 3 mâts (1 mât pour les assem- blages combustibles et deux mâts pour les grappes). Figure 2 – Assemblage combustible REP équipé d’une grappe Tableau 1 – Opérations principales de manutention pour le REP 1300 MW Repère (ﬁgure 3) Opérations A Retrait ou introduction des assemblages combustibles dans le cœur Permutation uploads/Industriel/ manutention-du-combustible-des-centrales-rep-francaises-roger-delemontey.pdf