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Au coeur du réacteur : les tubes de force

Réponse de la CCSN à la découverte de concentrations élevées d’hydrogène équivalent dans les tubes de forces exploités au-delà de 210 000 heures équivalentes pleine puissance

Le 13 juillet 2021, la CCSN a envoyé des avis officiels à tous les titulaires de permis de centrale nucléaire au Canada, leur demandant d’effectuer des analyses supplémentaires de l’exploitation sécuritaire continue des tubes de force. Cette mesure a été prise lorsque Bruce Power a constaté que les concentrations d’hydrogène équivalent (Heq) étaient élevées dans les tubes de force de 2 tranches, dans une petite zone au point de sortie du tube près du raccord d’extrémité. La constatation ne touchait que les réacteurs dont les tubes de force étaient exploités au-delà de 210 000 heures équivalentes pleine puissance (HEPP). Après l’imposition de cette mesure réglementaire, la CCSN a délivré un ordre à Bruce Power le 26 juillet 2021 et à Ontario Power Generation (OPG) le 27 juillet 2021 pour s’assurer que tout réacteur en exploitation prolongée et mis à l’arrêt ne soit pas redémarré sans l’autorisation de la Commission.

Consultez les ordres :

Décisions de la Commission :

Sur cette page

Approche du personnel de la CCSN visant à évaluer l’exploitation sûre des tubes de force

Les concentrations élevées de Heq observées au point de sortie des tubes de force empêchaient l’utilisation des méthodes traditionnelles pour réaliser les évaluations de l’aptitude fonctionnelle requises pour la petite zone près du point de sortie. En effectuant des analyses détaillées, les titulaires de permis ont démontré qu’il n’y avait aucun défaut préoccupant dans la zone touchée de tous les tubes de force inspectés. De plus, lorsque ces renseignements ont été extrapolés à l’ensemble des tubes non inspectés, il a été possible de démontrer que l’état de l’ensemble des tubes dans les cœurs des réacteurs touchés était acceptable.

Une audience et 3 réunions de la Commission ont été tenues entre septembre 2021 et novembre 2022 pour discuter de l’incidence de ces constatations et des mesures prises par l’industrie. La Commission a jugé que les exigences en matière d’aptitude fonctionnelle avaient été remplies, et a autorisé par la suite Bruce Power et OPG à poursuivre l’exploitation des tranches touchées puisque les modalités des ordres délivrés par un fonctionnaire désigné avaient été respectées.

En mars 2022, la Commission a également appris que des essais supplémentaires réalisés sur un tube de force de la tranche 6 avaient relevé des concentrations élevées de Heq dans une petite zone au point d’entrée. Comme c’était le cas pour le point de sortie des tubes de force, il était impossible d’appliquer au point d’entrée les méthodes traditionnelles d’évaluation de l’aptitude fonctionnelle des tubes de force. L’approche adoptée pour démontrer l’aptitude fonctionnelle au point de sortie ne pouvait pas non plus être appliquée au point d’entrée, puisque des défauts avaient été détectés dans la zone du point d’entrée de certains tubes de force inspectés. Le personnel de la CCSN a conclu que le risque pour la sûreté nucléaire était faible puisqu’il n’y aurait aucun impact sur la capacité des processus et des systèmes de sûreté à atténuer les conséquences de la rupture d’un tube de force si jamais une telle rupture se produisait au cours de l’exploitation du réacteur. Une mise à jour a été présentée à la Commission en novembre 2022.

Les membres du secteur ont élaboré un programme de recherche et développement afin de mettre à jour les modèles de prévision et les outils d’évaluation dans le but de revenir à une approche traditionnelle d’évaluation de l’aptitude fonctionnelle des tubes de force exploités au-delà de 210 000 HEPP. Le personnel de la CCSN a également mis à jour l’évaluation préliminaire des risques de mars 2022 en élaborant une évaluation officielle du processus décisionnel fondé sur le risque.

La Commission a demandé aux titulaires de permis et au personnel de la CCSN de lui présenter des mises à jour régulières. La prochaine mise à jour sera faite à l’automne 2023 dans le cadre du Rapport de surveillance réglementaire des sites de centrales nucléaires : 2022.

À l’intérieur du réacteur

À l’intérieur de chaque réacteur nucléaire CANDU au Canada se trouvent plusieurs centaines de canaux de combustible. Chaque canal comprend 1 tube de force, 1 tube de calandre, des raccords d’extrémité et des espaceurs.

Les tubes de force constituent le cœur du réacteur. Ils sont conçus pour contenir les grappes de combustible et le caloporteur primaire (eau) dans un réacteur. Durant l’exploitation normale d’une centrale nucléaire, les tubes de force sont exposés à des températures élevées, une forte pression et un rayonnement intense, ce qui peut causer leur détérioration. Comme tout autre appareil, les composants d’un réacteur nucléaire doivent être testés, entretenus et remplacés au fil du temps.

Les opérateurs de centrales nucléaires, qui sont accrédités par la CCSN, sont tenus de faire un suivi régulier de l’état des tubes de force pour s’assurer qu’ils sont conformes aux normes opérationnelles. Les éléments principaux à surveiller dans un tube de force sont les changements subtils de la forme, la condition des matériaux et la présence de défauts. La surveillance de ces éléments est effectuée au moyen d’inspections et d’évaluations périodiques par le titulaire de permis, et celles-ci sont suivies d’un examen indépendant par la CCSN.

Les tubes de force sont spécialement conçus pour résister à l’usure opérationnelle, mais ils subissent l’usure du temps. Les programmes de gestion du vieillissement des tubes de force sont donc essentiels à l’exploitation sûre et continue des centrales nucléaires.

Les titulaires de permis doivent comprendre l’impact du vieillissement sur les tubes de force. Pour ce faire, ils effectuent des recherches approfondies et des essais, et ils élaborent des modèles.

Ils doivent réaliser des inspections et montrer, à la satisfaction de la CCSN, que les tubes de force pourront continuer de fonctionner en toute sécurité dans l’avenir. Tous les 2 ou 3 ans, les tubes de force doivent faire l’objet d’inspections. Les titulaires de permis se servent des résultats d’inspection pour élaborer des modèles et prédire l’aptitude fonctionnelle des tubes de force, et ils doivent fournir à la CCSN leurs plans d’inspection périodique.

En tant qu’organisme de réglementation nucléaire du Canada, la CCSN veille à assurer une surveillance rigoureuse et complète. Son personnel analyse et évalue les données fournies par les titulaires de permis pour confirmer que les tubes de force sont conformes aux normes opérationnelles.

À l’intérieur de chaque réacteur nucléaire CANDU au Canada se trouvent plusieurs centaines de canaux de combustible. Chaque canal de combustible est constitué de différentes parties. À chaque extrémité des tubes de force se trouvent les raccords d’extrémité. Les tubes de force contiennent les grappes de combustible qui servent à produire de la chaleur, ainsi que le caloporteur. À l’extérieur du tube de force se trouve le tube de calandre qui est séparé du tube de force par de nombreux séparateurs.

Canal de combustible : À l’intérieur de chaque réacteur nucléaire CANDU au Canada se trouvent plusieurs centaines de canaux de combustible. Chaque canal de combustible est constitué de différentes parties. À chaque extrémité des tubes de force se trouvent les raccords d’extrémité. Les tubes de force contiennent les grappes de combustible qui servent à produire de la chaleur, ainsi que le caloporteur. À l’extérieur du tube de force se trouve le tube de calandre qui est séparé du tube de force par de nombreux séparateurs.

Comment le personnel évalue la sûreté des tubes de force

Les experts techniques de la CCSN examinent et analysent des données pour tirer des conclusions sur la sûreté actuelle et prévue des tubes de force. Dans le cas où il y aurait des questions ou des données anormales, le personnel demanderait officiellement à l’exploitant de la centrale nucléaire (un titulaire de permis de la CCSN) d’effectuer d’autres travaux d’échantillonnage, ou bien il imposerait un arrêt de la tranche pour entretien afin que les tubes de force soient inspectés ou remplacés et que l’exploitation se poursuive de manière sûre. Un tel cas s’est produit en 2019 lorsque la CCSN a demandé à Bruce Power de procéder à un arrêt supplémentaire pour effectuer l’inspection et l’entretien des tubes de force de la tranche 6, afin d’assurer l’exploitation sûre de la tranche jusqu’à son arrêt pour réfection en 2020.

Avant de formuler des recommandations concernant un permis à la Commission indépendante, le personnel présente diverses demandes au titulaire de permis afin de valider l’exactitude des données d’échantillonnage des tubes de force.

Comment la Commission indépendante prend une décision d’autorisation sur la sûreté des tubes de force

Le personnel de la CCSN présente ses recommandations dans un document à l’intention des commissaires. Ces renseignements, ainsi que ceux présentés par le titulaire de permis et les intervenants, sont examinés en profondeur par les commissaires, qui délibèrent ensuite sur la question. La Commission rend une décision d’autorisation par la suite.

Comment la CCSN veille à ce que les tubes de force fonctionnent en toute sûreté

Les données des inspections régulières des tubes de force sont analysées à l’aide de diverses techniques pour confirmer que les tubes peuvent fonctionner en toute sûreté dans les conditions pour lesquelles ils ont été conçus.

Pendant leur fonctionnement, des défauts peuvent se former dans les tubes de force à en raison du contact avec les grappes de combustible ou du contact entre le tube de force et le tube de calandre. Le matériau subira également des changements en raison de l’irradiation, de l’exposition à l’eau lourde utilisée pour refroidir le combustible et de l’absorption de deutérium (hydrogène lourd acquis pendant l’exploitation normale). Ces changements sont attendus en raison du vieillissement des tubes de force pendant l’exploitation normale. Les titulaires de permis doivent confirmer que les tubes vieillissants continuent de respecter les marges de sûreté prescrites dans les documents de conception et les normes de l’industrie.

Les titulaires de permis ont des experts techniques qui consacrent d’innombrables heures à l’examen et à l’analyse de centaines de points de données à l’aide d’équations complexes et d’une modélisation prédictive pour valider l’intégrité des tubes de force. Ce travail permet de s’assurer que les tubes de force continuent de respecter les marges de sûreté requises et qu’ils vieillissent de façon prévisible. Les titulaires de permis sont tenus de tester périodiquement les tubes de force afin de recueillir de nouvelles données pour ces évaluations.

Les titulaires de permis élaborent leurs propres stratégies, examinées et approuvées par la CCSN, afin d’évaluer l’aptitude fonctionnelle des tubes de force pour la durée de leur vie utile. Les évaluations sont habituellement effectuées sur une période de 2 à 3 ans, selon le calendrier d’arrêt d’un réacteur. Les évaluations sont mises à jour après chaque arrêt et plus fréquemment si de nouveaux renseignements sont obtenus à partir de recherches ou d’activités opérationnelles régulières qui influeraient sur les conclusions d’une évaluation existante.

Si un titulaire de permis détermine que des tubes de force ne peuvent pas respecter les marges de sûreté au-delà d’un certain moment, des mesures correctives doivent être prises avant que ce délai ne soit atteint. Ces mesures pourraient comprendre des inspections plus fréquentes, le retrait des grappes de combustible de certains canaux, la limitation de la puissance maximale d’un réacteur, le remplacement de canaux ou, au besoin, l’arrêt du réacteur. Les mesures correctives spécifiques choisies dépendront du risque que présente la situation pour le fonctionnement sécuritaire des tubes de force.

Une équipe de spécialistes et d’agents de projet de la CCSN surveille les activités des titulaires de permis liées aux inspections et aux évaluations des tubes de force et fournit des mises à jour à la Commission.

Inspections des tubes de force

Les évaluations de tubes de force sont généralement divisées en 2 catégories :

  • évaluations des tubes de force inspectés
  • évaluations des risques pour extrapoler les constatations des tubes de force inspectés afin de porter un jugement sur l’état de tous les tubes dans le cœur d’un réacteur

Les programmes d’inspection tentent de déterminer quels tubes sont les plus susceptibles à diverses formes de dégradation. L’évaluation des résultats de l’inspection de ces tubes est considérée comme représentative des tubes non inspectés. Les évaluations sont effectuées en extrapolant les résultats des tubes de force inspectés afin d’établir la probabilité de défaillance parmi les tubes non inspectés. Elles sont également utilisées pour déterminer si le nombre de tubes qui compose l’échantillon choisi pour inspection doit être augmenté à mesure que les tubes de force continuent de vieillir.

En général, au moins 30 % des tubes de force dans le cœur d’un réacteur feront l’objet d’une inspection au cours de la durée de vie du réacteur afin d’évaluer leur état. La portée de l’inspection de toutes les tranches de réacteur dépasse actuellement les exigences minimales du programme d’inspection périodique prévues dans la norme CSA N285.4, qui établit les exigences relatives à l’inspection de la tuyauterie nucléaire, des cuves sous pression et des composants connexes.

Programmes d’aptitude fonctionnelle

Les programmes d’aptitude fonctionnelle comprennent 4 éléments essentiels :

  • Démonstration par le titulaire de permis d’une compréhension des mécanismes de dégradation qui peuvent avoir un impact sur les tubes de force. Les sources d’information comprennent les activités de recherche et l’expérience en exploitation.
  • Mise en œuvre de plans de recherche, d’inspection et d’examen des tubes de force afin de gérer adéquatement les mécanismes de dégradation potentiels.
  • Inspections tout au long de la durée de vie du réacteur et retrait périodique des tubes de force du service à des fins d’examen.
  • Examen par le personnel de la CCSN des évaluation des titulaires de permis à l’aide des résultats des activités de surveillance afin de confirmer que les marges de sûreté requises pour la conception et l’aptitude fonctionnelle sont maintenues; les résultats de ces évaluations sont également utilisés pour vérifier que la compréhension actuelle des mécanismes de dégradation est correcte.

Ces 4 éléments forment une boucle de rétroaction continue entre le titulaire de permis et la CCSN tout au long de la vie utile des tubes de force.

Le personnel de la CCSN évalue le programme dans son ensemble et l’accepte s’il répond aux exigences. Il surveille également activement les activités des titulaires de permis pour s’assurer que les critères de vérification de la conformité sont respectés.

Processus d’évaluation

Après chaque campagne d’inspection, les tubes de force inspectés doivent être évalués par rapport aux critères de vérification de la conformité afin de démontrer qu’ils respecteront les marges de sûreté établies jusqu’à au moins la prochaine inspection prévue ou, dans certains cas, jusqu’à leur fin de vie prévue.

Dans le cas de l’exploitation prolongée, les titulaires de permis indiquent souvent une période maximale exprimée en heures équivalentes pleine puissance pour l’exploitation des tubes de force. Par exemple, les tranches de Darlington sont autorisées jusqu’à 235 000 heures équivalentes pleine puissance et les tranches de Bruce Power, jusqu’à 300 000 heures équivalentes pleine puissance. Ces limites ne s’appliquent qu’aux tubes de force qui satisfont à tous les critères de vérification de la conformité de l’aptitude fonctionnelle jusqu’à ces limites. Dans le cadre de l’exécution de la stratégie relative à l’aptitude fonctionnelle, s’il est déterminé que des tubes ne maintiendront pas les marges de sûreté requises jusqu’à la limite autorisée, des mesures correctives seront requises. Comme il a été mentionné précédemment, cela pourrait comprendre ce qui suit :

  • augmentation des activités d’inspection pour obtenir des données afin d’améliorer les évaluations
  • déchargement du combustible des canaux pour réduire les taux de dégradation
  • remplacement des tubes de force qui ne peuvent pas respecter les marges de sûreté requises

Peu importe la durée de la période d’autorisation pour une centrale donnée, il est interdit d’utiliser des tubes de force qui ne respectent pas les marges de sûreté établies dans les critères de vérification de la conformité. Si les mesures correctives visant à résoudre les problèmes ne sont pas efficaces ou sont impossibles à mettre en œuvre, il faut procéder à l’arrêt du réacteur en question avant l’atteinte de la limite d’exploitation maximale précisée dans le permis.

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