A chaque réacteur sa spécialité

Au CEA, il existe onze réacteurs de recherche, chacun ayant sa spécialité. Parmi eux, Osiris, à Saclay, permet l'étude des matériaux et des combustibles sous irradiation. Masurca, Éole et Minerve, à Cadarache, sont dédiés à l'étude et à la mise au point du cœur (Assemblage de combustibles dans lequel se déroule la réaction de fission) du réacteur. Phébus et Cabri, aussi à Cadarache, regroupent les recherches sur la sûreté nucléaire, pour le compte de l'IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire.). Enfin, Phénix, à Marcoule, sert aux expériences dédiées aux systèmes du futur et à la transmutation (voir encadré Phénix). Revue de détail…
Osiris est un réacteur de 70 mégawatts de puissance thermique (En France, les réacteurs industriels ont une puissance comprise entre 900 et 1450 MW). Combustibles, matériaux des composants d'un réacteur, comme la cuve ou la gaine enserrant le combustible, y sont soumis à rude épreuve. Placés dans des dispositifs expérimentaux au milieu ou à proximité du coeur, ils sont irradiés sur des durées de quelques heures à quelques années par un flux de neutrons rapides et/ou thermiques (Les neutrons rapides sont issus de la fission de l’uranium. Dans certains réacteurs, ils sont ralentis artificiellement et sont alors dits thermiques.). Pour les matériaux, cela simule les quarante ou soixante ans de flux de neutrons thermiques auquel ils sont soumis dans les réacteurs industriels d'EDF. Les données recueillies permettent ensuite de prévoir le vieillissement (voir “À Savoir”) des éléments testés, de les améliorer ou d'en qualifier de nouveaux. Pour les combustibles, il peut s'agir d'essais très courts, représentatifs de ce qu'ils subiront en réacteur. Une instrumentation très performante permet alors de suivre leur état et leur comportement.
 

Tester physiquement les briques d'un réacteur nucléaire ne suffit pas. Il faut aussi pouvoir compter sur des données précises concernant la réaction de fission. Pour cela, des expériences de neutronique (Étude du comportement des neutrons et des réactions qu'ils provoquent dans la matière fissile ou non fissile.) sont réalisées dans les trois réacteurs de recherche Masurca, Éole et Minerve. Il s'agit en fait de réacteurs de très faible puissance : la réaction de fission est maintenue à un niveau très bas. Ainsi, Éole et Minerve ne fonctionnent qu'à une puissance de 100 watts, soit l'équivalent d'une ampoule électrique ! Celle de Masurca est inférieure à 5 kW. Grâce à eux, il est possible de simuler différents types de cœurs des réacteurs industriels. Cela va des coeurs pour réacteurs à neutrons thermiques et à eau pressurisée (REP) ou bouillante (REB) dans Éole (des codes de calcul pour les REB nippons sont en cours de qualification, à la demande du JNES, Japan Nuclear Energy Safety Organization.) à ceux pour réacteurs à neutrons rapides à sodium ou à gaz dans Masurca. Ce dernier permet aussi l'étude de la transmutation (Transformation d\'éléments radioactifs à vie longue en éléments à vie plus courte sous l'effet de bombardements de neutrons.) des actinides mineurs, dans le cadre de la loi de 1991 sur la gestion des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue. Minerve, quant à lui, est principalement utilisé pour les mesures de sections efficaces (Probabilités de rencontre entre deux particules dans une réaction donnée) des matériaux constitutifs des coeurs. Récemment, elle a permis de modifier un code de calcul utilisé pour les coeurs des REP d'EDF. De par sa nature même, la filière nucléaire impose des études approfondies sur la sûreté. C'est pourquoi deux réacteurs de

Calculs et expériences intimement liés Prolonger le fonctionnement des réacteurs et développer de nouvelle génération, concevoir des stockages de déchets exigent des moyens puissants et fiables...  Lire la suite

recherche du CEA à Cadarache, Phébus et Cabri, lui sont entièrement consacrés. Ils permettent de simuler des accidents. Pour Phébus, les essais consistent à provoquer et étudier la dégradation jusqu'à la fusion d'un échantillon d'une vingtaine de crayons combustibles. Dégradation qui peut avoir lieu après une rupture du circuit primaire de refroidissement d'un REP.

Des études approfondies sur la sûreté

Ces essais permettent également de mesurer les quantités et la nature des produits radioactifs libérés dans ce même circuit primaire, jusque dans l'enceinte du réacteur, maquettés à l'échelle 1/5000^e. Ces circuits expérimentaux sont installés dans un caisson étanche de 350m³ et disposent d'une imposante instrumentation (environ 500 capteurs). Les expériences nécessitent une longue préparation et des opérations lourdes de décontamination de l'installation après essai. Elles n'ont donc lieu que tous les trois ans. Cabri simule des accidents associés à des variations intempestives de la réactivité du coeur. Il s'agit, par exemple, de pics de puissance localisés, liés à une remontée anormale d'une barre de contrôle (Barre composée d'un absorbeur de neutrons qui permet de moduler la réaction de fission.). Le combustible situé proche de cette barre subit alors de fortes contraintes thermiques et mécaniques. Dans Cabri, en général, un seul crayon combustible est testé et soumis au flux de neutrons du réacteur. Celui-ci est équipé de barres remplies d'un gaz (l'hélium 3) sous pression. En relâchant rapidement ce gaz, le réacteur passe d'une puissance de quelques kilowatts à près de 20 000 MW en quelques microsecondes ; puissance qu'il transmet instantanément au combustible d'essai ! Des capteurs permettent de suivre en direct le comportement du crayon combustible à cette brusque décharge. Moins lourdes que dans Phébus, ces expériences peuvent avoir lieu environ tous les trois ou quatre mois. Du moins quand Cabri est opérationnel. Initialement conçue pour l'étude des accidents dans les réacteurs à neutrons rapides, l'installation est, en effet, en cours de modification afin d'être plus représentative d'un REP. Reprise des tests en 2007.