Projet EPR

Document sur LE PROJET EPR (EUROPEAN PRESSURIZED REACTOR) de MARCEL LALLIER CHEF DE MISSION REP 2000 AVEC L'AUTORISATION DE J.L ROUYER

1 - Introduction

Le projet européen EPR (European Pressurized Reactor) est le résultat de plusieurs années d'études de conception franco-allemandes en vue de la réalisation des futures centrales REP (Réacteurs à Eau Pressurisée), destinées à prendre le relais des centrales type N4 en France et KONVOI en Allemagne (voir la figure 1 ci-dessous).

La démarche de conception est de nature évolutionnaire et progressive, de façon à bénéficier de l'expérience accumulée sur plus d'une trentaine d'années par les concepteurs et les exploitants allemands et français.

Elle a abouti à un modèle dont les performances économiques et de sûreté sont remarquables. Ce modèle reste à valider par la réalisation d'une centrale de référence afin de garder ouverte, notamment en France, l'option de renouvellement par du nucléaire de tout ou partie des centrales nucléaires existantes. 

 

2 - les objectifs de conception

La conception de l'EPR répond à une triple préoccupation

• améliorer encore la sûreté et les conditions d'exploitation,

• assurer un coût de production de l'électricité compétitif sur le long terme,

• contribuer à la maîtrise de la gestion des déchets.

Les options de sûreté ont pour conséquence

• de pratiquement éliminer les séquences accidentelles conduisant aux accidents graves et aux rejets,

• la diminution d'un facteur 10 de la probabilité de fusion du cœur, déjà extrêmement faible pour les centrales actuelles,

• la prise en compte dès la conception de la fusion du cœur, y compris sur le plan de la protection de l'environnement,

• d'augmenter la disponibilité (voir plus loin § 4.2).

En matière de conditions d'exploitation, l'amélioration des conditions d'entretien et de maintenance ainsi que la réduction des doses en exploitation sont inscrites dans la démarche de conception.

En matière de compétitivité, le coût de production de l'électricité pour une tranche EPR de série est de l'ordre de 19 centimes par kWh, y compris l'amortissement des études d'ingénierie.

En matière de déchets, l'EPR contribue à réduire les rejets et déchets produits par le réacteur et à accroître la capacité de recyclage du plutonium.

L'expérience acquise par les exploitants français et allemands repose sur plus de 1200 années de fonctionnement cumulé de réacteurs à eau pressurisée. La démarche pratiquée par les partenaires du projet a retenu les meilleures solutions du N4 ou du KONVOI.

Les différents aspects de la contribution de l'EPR au maintien d'une énergie sûre et compétitive sont développés ci-après, à commencer par une présentation générale du projet.

 

3.1 - L'îlot nucléaire

La fixation du niveau de puissance à 4 250 MWt (soit une puissance électrique nette d'environ 1500 MW), avec un cœur à 241 assemblages, permet de disposer de marges importantes utilisables pour la sûreté et l'exploitation.

La chaudière nucléaire, de type à eau pressurisée, est dérivée de la chaudière de la série N4 et

comporte un circuit primaire à 4 boucles (chacune comportant un générateur de vapeur et une pompe).

Les systèmes de sécurité sont organisés selon une structure d'ensemble en 4 trains électromécaniques, comportant 4 sources électriques internes de secours (diesels) en complément des deux alimentations électriques externes (la principale et l'auxiliaire en cas de défaillance de la principale).

La présentation précédente " l'évolution du design de la chaudière nucléaire - EPR" a décrit dans le détail tous les aspects de la chaudière et des systèmes de l'îlot nucléaire EPR.

3.2 - Les bâtiments de l'îlot nucléaire

Par rapport au N4, les bâtiments de l'îlot nucléaire d'une centrale EPR présentent les principales

évolutions ci-après

• mise en place d'un radier unique pour améliorer le comportement vis à vis des sollicitations dues au séisme,

• meilleure séparation géographique des bâtiments et systèmes de sauvegarde afin de garantir la disponibilité de la fonction qu'ils assurent en cas d'agression externe (chute d'avion ou inondation par exemple),

• meilleure séparation physique des locaux afin de limiter les conséquences des agressions internes,

• protection renforcée contre les chutes d'avions de type militaire par adjonction d'une coque en béton couvrant les parois externes du bâtiment réacteur, du bâtiment combustible et du bâtiment des auxiliaires de sauvegarde pour les divisions 2 et 3 (la protection des divisions 1 et 4 étant assurée par séparation géographique),

• volume accru du bâtiment combustible permettant le stockage de 950 assemblages combustible, soit l'équivalent de dix années de fonctionnement,

• implantation dans le bâtiment réacteur de la bâche d'eau borée qui sert

- au remplissage de la piscine du bâtiment réacteur en cas de déchargement/rechargement du cœur,

- au refroidissement du réacteur (et à l'introduction d'une marge d'antiréactivité complémentaire aux grappes d'arrêt) en cas d'accident.

Le bâtiment réacteur, qui abrite la chaudière nucléaire, est constitué d'une enceinte cylindrique à double paroi (l'enceinte interne est en béton précontraint, l'enceinte externe en béton armé). Il a pour dimensions:

 

Les autres caractéristiques principales sont:

• pression de dimensionnement de l'enceinte interne de 6,5 bars absolus,

• utilisation de recombineurs d'hydrogène pour réduire les risques de détonation hydrogène en local,

• pas d'aspersion enceinte pour les accidents conventionnels afin d'éviter les conséquences des aspersions intempestives,

• mise en place d'une zone d'étalement du corium (mélange de combustible en fusion et de débris divers) afin d'assurer le maintien de l'étanchéité du radier sur le long terme.

• mise en place d'un circuit d'aspersion intervenant en cas d'accident grave, afin d'évacuer la puissance résiduelle du corium en dehors de l'enceinte et de maintenir le béton de structure sous la chambre d'étalement à des températures modérées.

Les autres bâtiments de l'îlot nucléaire abritent la piscine de stockage du combustible usé, les systèmes de sécurité et les systèmes auxiliaires. Ils entourent le bâtiment réacteur.

Tous les systèmes auxiliaires classés au niveau de sûreté le plus élevé sont conçus en redondance 4 et installés respectivement et séparément dans les 4 divisions du BAS (Bâtiment des Auxiliaires de Sauvegarde). La division 3 abrite la salle de commande.

Le contrôle-commande et la salle de commande jouent un rôle particulier dans l'exploitation et la sûreté des centrales nucléaires. Dans ce domaine, le choix est de poursuivre dans la voie ouverte avec le contrôle-commande programmé et la salle de commande informatisée du N4. Le projet EPR comportera donc un contrôle-commande et une salle de commande informatisée qui tiendront compte de l'expérience acquise tant sur le palier N4 que dans d'autres domaines industriels, ainsi que des progrès technologiques.

 

3.3 - L'îlot conventionnel

l'îlot conventionnel comprend tous les bâtiments qui ne sont pas dans l'îlot nucléaire. II s'agit

principalement de la salle des machines (qui abrite le groupe turboalternateur), de la station de pompage, du poste d'évacuation d'énergie, de la station de production d'eau déminéralisée et de tous les bâtiments annexes (bureaux, ateliers, magasins ... ).

La conception d'ensemble reprend les concepts principaux du N4.

Le groupe turboalternateur est au centre de la conception de l'îlot conventionnel. La ligne d'arbre comporte un module HP ou HMP et trois modules BP. La vitesse de rotation est de 1500 tr/mn.

La recherche de l'optimisation a été le fil conducteur de toutes les études d'avant-projet. Celle-ci s'est traduite par la simplification de la structure génie civil de la salle des machines, qui est conçue entièrement en charpente métallique, sauf la table du groupe qui reste en béton.

Pour la manutention lourde, le choix s'est poilé sur un pont roulant de 500 tonnes qui permettra de manutentionner directement le stator de l'alternateur.

 

3.4. L'adaptation aux sites

Dans l'esprit d'une série constituant un palier, la conception de la centrale doit permettre son implantation sur plusieurs sites, ce qui conduit à définir les "caractéristiques enveloppes" de ces sites ou bien prévoir des possibilités d'adaptation.

Dans le cas de l'îlot nucléaire EPR, s'agissant d'un projet franco-allemand ayant en outre l'ambition de pouvoir convenir à d'autres pays, les caractéristiques standard de la conception ont été choisies en conséquence.

Niveau sismique : accélération horizontale au sol de 0,25 g (0,15 g pour le N4), avec une gamme de sols étendue.

Agression externe : protection contre les chutes d'avions y compris de type militaire, protection contre les ondes de surpression.

Conditions climatiques : climats modérés mais adaptation possible à des conditions extrêmes.

Source froide : les circuits de refroidissement doivent pouvoir s'adapter à des sites sur rivière ou en bord de mer.

 

4 - Compétitivité

Les facteurs contribuant à la compétitivité de l'EPR sont les suivants.

4.1 - Coût de construction

Le coût de construction objectif a été fixé, au début de l'avant-projet détaillé, à +11% par rapport au coût de construction de série N4. Il résultait des options techniques prises pour l'EPR dans le cadre de son avant-projet sommaire.

Les évaluations successives menées au cours de l'avant-projet détaillé ont conduit à + 9,4%.

L'avant-projet détaillé a ensuite comporté une phase d'optimisation, qui s'est terminée par le choix d'une puissance thermique du cœur de l'ordre de 4250 MW thermiques (défini comme le niveau 100% de puissance), cette puissance thermique étant pratiquement égale à celle du N4. Les gains d'optimisation ont conduit à une diminution de coût de 5%. L'écart final de coût de construction d'une série EPR par rapport au coût du N4 est donc ramené à + 4,4%.

 

4.2 - Une disponibilité améliorée

Un certain nombre d'options de conception permettent d'améliorer la disponibilité de l'EPR par rapport aux centrales existantes : la disponibilité de l'EPR devrait se situer vers 91 - 92 %.

Les performances en arrêt sont améliorées, d'où les durées d'arrêt suivantes

 

Les principales amélioration ont porté sur:

la vitesse de refroidissement du circuit primaire en début d'arrêt de la centrale,

la procédure de mise à l'arrêt qui est plus rapide,

la capacité de refroidissement de la piscine combustible,

la cadence de manutention du combustible,

l'implantation de locaux de maintenance à proximité immédiate du bâtiment réacteur,

la robotisation d'activités de maintenance,

l'affectation d'une pompe alimentaire au démarrage/arrêt de la centrale.

Les durées d'indisponibilité fortuites sont réduites par la prise en compte, dès la conception, de la maintenabilité afin de fiabiliser le matériel et réduire les temps d'intervention.

La conception à 4 trains de sûreté assouplit les contraintes d'exploitation en cas d'indisponibilité d'un matériel, ce qui rend moins probable le besoin de ramener la centrale à l'état de repli. Cette conception à 4 trains permet également d'effectuer une maintenance préventive sur les systèmes de sauvegarde quand la centrale est en marche. Ceci allège d'autant le volume de travaux au cours de l'arrêt de la centrale et contribue donc à réduire les temps d'arrêt.

Les performances du combustible permettent un démarrage rapide après arrêt ainsi qu'un allongement des campagnes jusqu'à 2 ans.

Un système de limitation agit sur la chaudière nucléaire. Il permet de limiter le nombre d'arrêts automatiques du réacteur et de retrouver plus rapidement la pleine puissance en cas d'incident.

 

4.3 - Coût du combustible

La chaudière EPR a été étudiée en prenant en compte un combustible à épuisement de déchargement élevé (jusqu'à 65000 MWj/t). Les moyens de contrôle de la réactivité et les systèmes d'évacuation de la puissance résiduelle sont dimensionnés en conséquence.

Les estimations de coût de combustible ont toutefois été fondées sur une limite de l'épuisement égale à 55000 MWj/t au moment du déchargement, ce qui est conservatif.

Le niveau de puissance de 4250 MWth (100%), avec un cœur à 241 assemblages, permet de réaliser des cycles de 2 ans avec des marges de fonctionnement très satisfaisantes.

 

4.4 - Coût du kWh

Au total, avec des hypothèses qui sont réalistes et plutôt conservatives, le coût du kWh produit par un EPR construit en série se situe autour de 19 centimes.

Il se confirme donc que l'EPR constitue un moyen de production d'électricité à la fois sûr et compétitif.