Repères - N°33 / Avril 2017 - Le magazine de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire - 12

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Représentation d'une « courbe de section efficace »
typiques des phénomènes rencontrés en criticité

Un expert IRSN et deux ingénieurs « calcul » en criticité d'Areva TN observent
la maquette d'un emballage de transport d'assemblages de combustibles usés.

La criticité ne se mesure pas,
elle se constate... trop tard."
L'eau - et plus généralement les matériaux hydrogénés - constitue un facteur aggravant car elle ralentit
les neutrons, les rendant plus efficaces pour la fission. Des efforts de conception des équipements
contenant de la matière fissile consistent à empêcher l'introduction accidentelle d'eau ou à limiter
suffisamment la quantité de matière fissile contenue
ou la géométrie de ces équipements.
"La criticité ne se mesure pas, ne prévient pas, elle
se constate... trop tard", explique Grégory Caplin,
expert en évaluation des risques de criticité.
Il n'existe aucun moyen de mesurer le facteur
multiplicateur des neutrons, appelé keff, qui doit
en toutes circonstances, hors cœurs de réacteurs,
demeurer inférieur à 1 avec des marges suffisantes.
De plus, la réaction en chaîne de fission n'est précédée d'aucun signe annonciateur. On passe en une
fraction de seconde d'une situation normale à un
débit de rayonnements intense.

Modéliser les équipements
Pour apprécier le risque dans un colis de matières
fissiles, une installation du cycle du combustible ou
une "boîte à gants" d'un laboratoire de recherche,
il faut recourir à la simulation.
S'appuyant sur des données de physique nucléaire,
les logiciels modélisent les équipements présents
dans l'installation ou le colis et calculent le keff.
La confiance accordée à ces outils est primordiale.
C'est pour cela que la simulation s'appuie sur des
expériences permettant de qualifier les codes de
calcul utilisés.
L'Institut a mis à disposition, en 2014, une nouvelle
plateforme logicielle appelée Cristal V2. Développée avec le Commissariat à l'énergie atomique et
aux énergies alternatives (CEA), et une participation d'Areva, elle sera mise à la disposition de la
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communauté internationale en 2017, via l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), comme ses homologues américaine, russe ou japonaise. Cet ensemble logiciel
s'appuie sur de nouvelles bibliothèques de données
nucléaires et d'expériences de référence, et propose
plusieurs voies de calcul du keff.
"Grâce à un nouvel outil dénommé Latec, il est possible de créer facilement le modèle de l'installation et
de lancer n'importe quelle voie de calcul sans réécrire
les données à chaque fois", indique Stéphane Evo.
Alexandre Coulaud, référent calcul de sûreté chez
Areva Projets, est l'un des premiers utilisateurs
industriels à avoir testé le nouvel outil. Il précise :
"Grâce à cette nouvelle interface homme-machine
l'étude est réalisée de manière centralisée. En minimisant l'intervention humaine, les risques d'erreur
diminuent."

Des dispositifs représentatifs
de situations réelles

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expériences
de référence ont été
menées depuis 1963
au centre de Valduc
sur un dispositif
expérimental
permettant
de s'approcher
de la criticité sans
l'atteindre pour
valider les codes
de calcul.

"Puisque la sûreté repose notamment sur des calculs,
nous devons qualifier nos codes", insiste Stéphane
Evo. Pour cela, il n'existe qu'une façon de procéder :
créer en laboratoire des dispositifs représentatifs de
situations réelles, comme des réseaux de crayons de
matière fissile similaires aux assemblages de combustible. Il s'agit ensuite de déterminer les conditions d'atteinte de la criticité, par exemple en faisant
monter le niveau d'eau dans le réseau de crayons.
Pour valider un code, il est nécessaire de modéliser le dispositif expérimental et de calculer son keff
pour le comparer aux résultats expérimentaux (voir
infographie page de droite).
Après des essais pionniers à Saclay (Essonne), les
expériences de criticité françaises, d'abord réalisées
par le CEA puis par l'Institut, se sont déroulées
au centre CEA de Valduc (Côte d'Or), le seul à
disposer d'installations ad hoc. "En cinquante
ans, plus de 3 000 expériences y ont été effectuées",
rappelle Isabelle Duhamel, chercheuse en neutronique-criticité.

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