Tampon d’accès matériel : comment se comportent les joints en cas d’accident grave ?

En février 2022, l’IRSN donne son avis¹ sur le comportement, en conditions d’accident grave (AG), des joints du tampon d’accès matériels (Tam) des réacteurs français. « À ce stade, la démonstration d’étanchéité réalisée par l’exploitant n’est acquise pour aucun des Tam des réacteurs du parc en exploitation », résume Alix de La Meslière, experte en génie civil. EDF s’engage à compléter sa démonstration pour juin 2022.
Qu’est-ce qu’un Tam ? D’un diamètre d’environ huit mètres et pouvant mesurer jusqu’à trois mètres et demi de long, ce dispositif est la plus grande traversée – et ouverture – de l’enceinte de confinement sur un bâtiment du réacteur. Il est constitué d’un cylindre métallique – la virole – solidaire du béton de l’enceinte et d’un tampon de fermeture. Ces deux éléments s’assemblent au niveau des brides situées à chacune de leurs extrémités et fonctionnent tels un pot de confiture et son couvercle (voir infographie).
En fonctionnement, les deux brides sont maintenues en contact par un système de fermeture. Mais, il faut davantage pour assurer l’étanchéité du Tam et le confine- ment. C’est à cela que servent deux joints concentriques en silicone, logés dans la gorge d’une des brides. « Pour remplir leur rôle, ces joints doivent être suffisamment com- primés en toute situation, même après avoir subi les effets combinés d’un accident grave : température et pression élevées, irradiation et vapeur d’eau », explique Fabienne Bot Robin, spécialiste du vieillissement des polymères.Toutes ces contraintes – mais surtout l’irradiation – déforment les joints et dégradent leurs propriétés, notamment leur élasticité. « Tout manque d’étanchéité du Tam conduirait, en situation d’accident, à des rejets de radionucléides dans l’environnement au bout d’un certain temps », précise-t-elle.
Lors du fonctionnement normal, les pressions dans le bâtiment et à l’extérieur sont similaires : il n’y a pas de fuite possible. En cas d’accident, la surpression dans le bâtiment peut conduire à des fuites radioactives. Le niveau de dégradation du joint conditionne alors sa capacité à garantir l’étanchéité.

L’avis de l’Institut de 2022 concerne les joints en silicone d’un nouveau modèle² retenu par EDF. Celui-ci vise à résoudre les problèmes des modèles précédents, soulevés par l’IRSN. EDF réalise en 2014 une campagne d’essais en conditions d’AG sur ce modèle de joints. Lors de ces tests, les joints sont dans des maquettes ayant des brides parfaitement planes. En 2020 et 2021, l’exploitant réalise en plus des simulations numériques pour prendre en compte les déformations des brides, mais sans modélisation explicite du joint. À l’issue de ces études, l’industriel conclut que l’étanchéité du Tam est acquise en AG. Et ce, quels que soient le diamètre initial du joint – or, les tolérances dimensionnelles de fabrication sont de +/- 1 millimètre – et son élasticité résiduelle après l’AG. 

Pour vérifier les résultats de l’exploitant, l’IRSN mène entre 2014 et 2020 son propre programme d’essais et de simulations numériques³.
La partie expérimentale étudie la représentativité du vieillissement artificiel accéléré des joints et examine leur capacité à assurer l’étanchéité en conditions d’AG sur des maquettes à échelle réduite. Une vingtaine d’essais sont réalisés dans les installations Epicur et Irma, respectivement à Cadarache (Bouches-du-Rhône) et à Saclay (Essonne) (voir infographie "Irma : comment se déroule un test d'irradiation ?"). Les spécialistes suivent et mesurent en direct le taux de fuite des joints subissant à la fois une irradiation – entre 70 et 268 kGy –, une température élevée – 150 °C –, une pression jusqu’à 6 bar et l’effet de la vapeur d’eau.
Les simulations évaluent l’étanchéité à l’échelle de l’enceinte. Elles incluent des situations non prises en compte par l’exploitant : une compression inhomogène des brides ou leur écartement local.
Selon ces travaux, l’étanchéité est acquise lors de la phase de montée en température de l’AG jusqu’à 150 °C (voir infographie).
« Mais lors du refroidissement, elle dépend de la capacité de retour élastique du joint. C’est là qu’interviennent la notion de tolérance dimensionnelle et l’état d’écartement des brides », précise Alix de La Meslière.
Conclusion, un risque de non-étanchéité ne peut être écarté pour des joints de petits diamètres⁴ et/ou lorsque l’écartement local entre brides est de quelques millimètres. Dans les deux cas, il est moins comprimé dans sa gorge. Cette expertise estime que la démonstration d’étanchéité n’est pas acquise pour les Tam en service. L’avis de l’Institut inclut des recommandations sur la protection des joints contre l’effet néfaste des rayonnements en cas d’AG. Celles-ci abordent aussi les tolérances dimensionnelles dans la démonstration d’étanchéité : plus les joints sont épais, meilleur est le rem- plissage de la gorge après perte élastique. Enfin l’IRSN insiste : il faut connaître l’écartement des brides et améliorer la surveillance en exploitation. « Le cas échéant, EDF devra resserrer les tolérances dimensionnelles des joints pour assurer l’étanchéité du Tam en cas d’accident », conclut Alix de La Meslière. La prochaine démonstration d’EDF doit prendre en compte l’état d’écartement des brides des Tam, en cours de caractérisation, pour tous les réacteurs en exploitation.

1. Avis IRSN 2022-00039 du 24 février 2022.  

2. Changement de formulation, de fournisseur et de géométrie. 

3. Essais réalisés par les laboratoires d’expérimentation environnement et chimie (L2EC), à Cadarache (Bouches-du-Rhône), et d’expérimentations sur le comportement des équipements et de la ventilation (Lecev), à Saclay (Essonne), et les simulations par le Cetim de Nantes (pilotage L2EC et Bureau d’expertise de génie civil).  

4. Proches de la limite basse des tolérances de fabrication.