Le groupe Ametra : une décennie d’expertise sur le réacteur Jules Horowitz

par | Oct 30, 2017 | Bureau d'études, CAO, Conception, Démarche qualité, Ingéniérie, Innovation

Cela fait près de dix ans que le groupe AMETRA travaille sur le projet de Réacteur Jules Horowitz (RJH), en développement sur le centre CEA de Cadarache.

 

Rappelons que ce réacteur de recherche permettra d’étudier le comportement de combustibles et matériaux pour les centrales électronucléaires, mais aussi de soutenir la médecine nucléaire en fournissant les radioéléments nécessaires (dont un isotope médical très demandé, le technétium).

 

Au cours de cette longue collaboration, nos ingénieurs ont participé à différentes phases du projet, que ce soit en assistance technique ou au forfait. Nos principales actions ont été les suivantes :

 

  • Participation à la création des plans guide ;
  • Reconception d’ensembles détaillés après la phase d’APS (avant-projet sommaire) ;
  • Refonte du dossier d’analyse fonctionnelle géométrique ;
  • Industrialisation avec les fournisseurs, afin de vérifier la faisabilité des géométries et la tenue des intervalles de tolérance (IT) demandés. Il s’agit des plages de conformité d’une cote sur un plan de définition.
  • Conduite de qualifications pour valider les concepts ;
  • Vérification du dossier de définition ;
  • Surveillance des marchés ;
  • Gestion des interfaces entre les différents lots ;
  • Dimensionnement et rédaction de notes associées ;
  • Suivi en fabrication et analyse des non-conformités…

 

Depuis 2012, nous sommes intégrés aux équipes TechnicAtome, anciennement Areva TA, aussi bien du côté Maîtrise d’œuvre (TA-MOE), que du côté Fournisseur (TA-FRN), pour les seconder sur ces différentes actions.

 

Notre principale intervention se situe sur le cœur du réacteur, communément appelé le Bloc Pile.

 

La période d’exploitation du réacteur doit s’étendre à 50 ans, à l’exception des composants cités un peu plus tard dans cet article, qui doivent être changés tous les 10 ans. Ce remplacement induit des contraintes importantes d’interchangeabilité.

 

Le Bloc Pile

 

Le Bloc Pile a pour fonctions primaires de reconstituer l’enceinte sous pression nucléaire, d’accueillir le cœur à l’origine de la réactivité, et de permettre le montage et le verrouillage des dispositifs expérimentaux en cœur.

 

Le Bloc Pile est composé des sous-ensembles suivants :

 

  • La traversée de fond : elle permet de créer l’étanchéité de la piscine en partie basse, et le passage des mécanismes pour le contrôle de la réactivité.

 

  • La boite à eau : ce composant est le nœud central de la réfrigération du réacteur. Deux circuits permettent cette dernière :
    • Le circuit RPP, pour la réfrigération du circuit primaire
    • Le circuit REP, pour la réfrigération des éléments en réflecteur

 

  • Le caisson principal : il accueille le cœur du réacteur et assure le confinement du circuit primaire. Ce composant doit être remplacé tous les 10 ans.

 

  • Le casier cœur : ce sous-ensemble installé dans le caisson principal accueille les éléments combustibles nécessaires à la réaction nucléaire. Il doit lui aussi être remplacé tous les 10 ans.

 

  • L’interne supérieur : positionné au-dessus du casier dans le caisson, il sert notamment d’anti-envol pour les éléments combustibles lorsque le réacteur est en fonctionnement. Ce composant doit être partiellement remplacé tous les 10 ans.

 

  • Le couvercle: il garantit l’étanchéité du Bloc Pile en partie haute, permet le verrouillage des dispositifs expérimentaux en cœur, et sert de barrière bactériologique entre le circuit primaire et la piscine.

Le Bloc Pile est le sous-ensemble mécanique le plus avancé du projet RJH. A l’heure actuelle, la fabrication des composants principaux est achevée ou sur le point de l’être.

 

En parallèle de la fabrication très avancée du Bloc Pile, nous continuons d’intervenir sur d’autres grands axes du RJH :

Le plancher piscine

 

Le plancher est l’équipement qui protège le cuvelage du fond de la piscine de toute agression physique qui risquerait de l’endommager.

 

Sur ce plancher sont fixés près d’une trentaine d’équipements différents (racks d’entreposage, appareils de mesure, tuyauteries…).

 

Posé sur le fond de la piscine, il est également en appui sur les parois verticales grâce à des patins fixés sur une série de poteaux reliés entre eux par des cerces.

 

Ces appuis sont conçus pour appliquer des efforts radiaux qui maintiennent l’ensemble en place par frottement, tout en acceptant les dilatations thermiques. Ces efforts sont maîtrisés grâce à un système de rondelles Belleville et à une plage de réglage, ce qui permet d’absorber les défauts de réalisation du cuvelage.

L’intervention d’Ametra sur l’étude du plancher a débuté lors de la finalisation de la conception.

 

Notre travail a consisté à proposer et à intégrer différentes modifications suite aux retours des industriels (fabricabilité, réduction de coûts, etc.), ainsi que pour répondre aux évolutions des exigences du maître d’œuvre (réglages, rigidité, modifications des équipements en interface…).

 

Parmi ces modifications, on peut retenir l’utilisation de profilé HEB reconstitué soudé à la place de profilé HEB extrudé (HEB est une désignation normalisée pour des poutrelles). Ces premiers, bien que plus onéreux, possèdent des états de surface plus propres et des tolérances de fabrication bien plus serrées, ce qui limite le nombre et l’ampleur des reprises d’usinage une fois les châssis assemblés et soudés entre eux.

 

L’équipe Ametra s’occupe aussi du suivi de la fabrication, afin d’analyser les non-conformités et leurs impacts sur le plancher.

Le réflecteur

Autour du cœur, un composant constitué principalement de béryllium sert de modérateur : il s’agit du réflecteur.

 

Ce composant, découpé en secteurs, assure la « réflexion » des neutrons pour optimiser l’utilisation du cœur. Il reçoit aussi des dispositifs expérimentaux et doit donc garantir le flux nécessaire aux expériences. Sa dernière fonction est d’optimiser la durée du cycle en limitant les fuites neutroniques.

Outre les problèmes habituels de tenue mécanique, les points techniques particulièrement surveillés sont le flux de neutrons et la montée en température du composant. Ces 2 paramètres vont provoquer un vieillissement accéléré des composants.

 

Ce vieillissement est maîtrisé via l’interchangeabilité des composants. Cette dernière implique la capacité à installer un composant « neuf » sur un composant ayant subi une irradiation prolongée : les contraintes dimensionnelles pour permettre ce remontage sont donc importantes. Elles ont aussi un impact sur la réfrigération du composant et nécessitent une grande précision dans la réalisation des pièces.

Sur ce sujet, Ametra intervient en soutien à TechnicAtome sur 3 axes :

 

  • Nous gérons le suivi technique des dossiers de réalisation et les différents retours des sous-traitants (non-conformité, adaptations de conception, etc.) ;
  • Au niveau études, Ametra a pour mission de fournir aux services de TA l’Analyse Fonctionnelle Géométrique et différentes données physiques destinées à la neutronique, aux calculs thermo-hydrauliques et mécaniques.
  • Nous avons un rôle d’assistance auprès de TA dans sa gestion du sujet auprès du Maître d’œuvre.

 

Le raccord du circuit RPK

 

Un système d’évent est aménagé sur le couvercle du réacteur au sommet du caisson. Il permet le dégazage du réacteur pendant son fonctionnement, sous pression nominale de 16 bars.

 

Manipulé sous 5 mètres d’eau, il était nécessaire de rendre le composant facile à manutentionner grâce à sa liaison rapide étanche, afin de connecter le circuit primaire au circuit RPK, via le flexible DN15.

 

Le ressort interne au système permet le maintien du raccord pendant tout le fonctionnement du réacteur.

 

A ce jour, les ingénieurs Ametra ont été impliqués dans la conception du sous-ensemble, la création du dossier de définition, l’analyse des chaînes de cotes. Après la réalisation du prototype, nous avons participé avec succès aux essais d’accostage visant à valider le principe de fonctionnement, avec une pression d’épreuve de 23 bars.

Ametra Groupe intervient aussi aux côtés de la Maîtrise d’œuvre (TA-MOE). Cette entité est directement mandatée par le CEA Cadarache sur 5 axes :

 

  • Surveillance des marchés : c’est le cœur de métier de la MOE. Nous sommes garants de la conformité des notes de calculs thermomécaniques et des plans vis-à-vis des spécifications requises et du référentiel normatif applicable.

 

  • Gestion des interfaces entre les titulaires des lots. Il s’agit de définir les données d’interface pour le dimensionnement des équipements : conditions aux limites, torseurs d’effort, déplacements des ancrages, fréquences propres, chargements supplémentaires… Nous sommes aussi en charge de valider les cinématiques pour permettre l’exploitation future.

 

  • Rédaction des dossiers de synthèse de l’ensemble des équipements.

 

  • Expertise technique sur le dossier de dimensionnement au BORAX (phénomène dynamique d’explosion).

 

  • Intervention au sein de la cellule outillages :

 

  • Listing et pré-études des outillages utilisés lors de la manutention en fonctionnement normal du réacteur, mais également lors des arrêts inter-cycle, annuel et décennal.
  • Propositions de nouveaux scénarios et cinématiques afin de résoudre les points bloquants rencontrés ou de répondre aux nouvelles demandes MOA (CEA). La cellule outillages et ses différents sujets sont suivis de près par le CEA, en vue de la future exploitation du RJH.

 

Nous sommes également impliqués sur le lot intégrant les circuits principaux de réfrigération des piscines et des voies dites de sauvegarde, en tenant compte des contraintes de sûreté.

 

Sur ce périmètre, nous intervenons sur l’étude et la validation des outillages de manutention des planchers en casemates, sur les cinématiques d’installation et de manutention de ces outillages, ainsi que sur l’édition des dossiers préliminaires à la fabrication, en interface avec les industriels.

 

Un haut degré d’exigences

 

L’équipe AMETRA évolue dans un contexte complexe, un planning serré et des marges de manœuvres étroites, en interaction avec de nombreux titulaires.

 

Le moindre changement demande d’avoir une vue globale sur l’ensemble des exigences métiers (aménagements, sureté, bureau d’études, électricité…), une bonne qualité d’écoute et une capacité à être force de proposition.

 

Les équipes du groupe Ametra restent mobilisés dans leurs actions, afin de satisfaire notre client et le haut niveau de qualité demandé dans le cadre du projet RJH.

 

 

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images utilisées avec l’aimable autorisation de TechnicAtome
Par Ametra,