Proposition visant à incorporer les cas de charges de dimensionnement additionnel et les critères d’acceptation correspondants dans le code de l’ASME

Résumé d’un document technique présenté dans le cadre de la :
Conférence SMiRT 26
Berlin, Allemagne, Du 8 au 13 août 2021

Préparé par : Nebojsa Orbovic1, Javeed Munshi2, Ola Jovall3, Arthur Eberhardt4, John McLean4 et Michelle Pagano5
1Commission canadienne de sûreté nucléaire
2Bechtel, États-Unis
3SCANSCOT, Suède
4Sargent and Lundy, États-Unis
5American Society of Mechanical Engineers, États-Unis

Résumé

Les évaluations des marges de conception des centrales nucléaires existantes, visant principalement les séismes hors dimensionnement, ont débuté au début des années 1990 et étaient fondées sur la méthode de l’EPRI relative aux évaluations des marges sismiques et aux évaluations probabilistes de la sûreté en cas d’événements sismiques. Les évaluations des marges de conception ultérieures comprenaient l’évaluation de la capacité de l’enceinte de confinement de résister à des charges de pression supérieures à la valeur de pression nominale. Après les événements du 11 septembre 2001, l’évaluation des centrales nucléaires a été élargie de manière à inclure les cas de charges, comme les écrasements d’avions commerciaux et les incendies de grande surface, qui n’étaient pas pris en compte initialement durant la phase de conception. Cet élargissement visait surtout à évaluer les limites structurales des centrales nucléaires existantes et à proposer des critères d’acceptation hors dimensionnement qui assureraient le maintien des fonctions de sûreté fondamentales, soit les suivantes : mise à l’arrêt sûr du réacteur, refroidissement du réacteur et étanchéité du système de confinement.

L’EPRI a diffusé une méthode visant les séismes hors dimensionnement (ou les séismes de référence) permettant d’évaluer la capacité structurale des centrales nucléaires existantes à l’aide de critères d’acceptation qui sont moins stricts que ceux actuellement établis dans le code de l’ASME (assurance élevée de la faible probabilité de défaillance ou marge de défaillance déterministe et prudente), mais qui demeurent suffisamment rigoureux pour maintenir les fonctions de sûreté fondamentales.

En fonction de cette expérience, les normes de sûreté internationales (p. ex., de l’Agence internationale de l’énergie atomique et de l’Association des responsables des autorités de sûreté nucléaire des pays d’Europe de l’Ouest) et les documents d’application de la réglementation (p. ex., de la Nuclear Regulatory Commission des États-Unis et de la CCSN) servant à la conception des nouvelles centrales nucléaires exigent maintenant, à la phase de conception, l’évaluation des limites d’exploitation sûre du réacteur ainsi que de tout effet de précipitation potentiel associé aux cas de charges dépassant les limites de conception. Aux termes de ces normes, les concepteurs sont également tenus de modifier la conception, s’il y a lieu. L’accident de Fukushima a permis de valider et de renforcer cette méthode. Dans le cadre de cette méthode, les termes « conditions additionnelles de dimensionnement » et « événements externes de dimensionnement additionnel » (AIEA, WENRA, CCSN) relatifs à la conception de nouvelles constructions correspondent au terme « hors dimensionnement » aux fins de l’évaluation des centrales existantes. Le principe demeure le même : établir des critères d’acceptation qui, malgré un fluage plastique et des dommages structuraux relativement considérables, permettront de maintenir les fonctions de sûreté fondamentales, soit les suivantes : mise à l’arrêt sûr du réacteur, refroidissement du réacteur et étanchéité du système de confinement.

Les codes et normes de conception modernes reconnaissent l’existence de conditions de charges supérieures aux conditions de charges de dimensionnement et prévoient des critères d’acceptation de conception tenant compte de ces conditions (RCC-CW 2015).

Les spécifications de conception d’enceinte de confinement des nouvelles constructions doivent maintenant prendre en compte des conditions additionnelles de dimensionnement et des événements externes de dimensionnement additionnel.
La version actuelle du code de l’ASME (American Society of Mechanical Engineers), section III, division 2, visant la conception d’enceinte de confinement nucléaire en béton, est fondée sur les contraintes permissibles et le comportement essentiellement élastique sous l’application des principales forces. Un comportement essentiellement élastique est requis pour tous les cas de charges externes et de contraintes primaires induites, à l’exception des charges d’impact ou d’impulsion pour lesquelles un comportement élastoplastique est permis.

Conclusions

Il est nécessaire de fournir au concepteur des critères relatifs à l’intégrité structurale et à l’étanchéité de l’enceinte de confinement soumise à des cas de charges supérieures aux cas de charges de dimensionnement. Le comportement structural ne demeurera pas élastique, mais les fonctions de sûreté seront maintenues. Selon les cas de charges (séisme, surpression, impact/impulsion), le comportement structural acceptable et les marges de conception, en ce qui a trait à la prudence des dispositions du code sur le plan de l’élasticité et à l’application possible des caractéristiques de plasticité, seront différents. Les charges d’impact ou d’impulsion n’affecteront qu’une partie restreinte de la structure de confinement, la charge de surpression affectera l’ensemble de l’enceinte de confinement, alors qu’une charge sismique se situe entre ces deux cas, c’est‑à‑dire que la charge affectera l’ensemble de la structure, mais les forces maximales et le niveau de ductilité requis pourraient être localisés. Par conséquent, sur les plans des déflexions et des contraintes, les critères d’acceptation les plus stricts devraient s’appliquer aux charges de surpression et les moins stricts, aux charges d’impact ou d’impulsion.

Le document propose l’établissement de critères d’acceptation relatifs aux conditions additionnelles de dimensionnement et aux événements externes de dimensionnement additionnel ainsi qu’à des combinaisons de charges de dimensionnement additionnel; il énonce en outre des recommandations en vue de l’élaboration d’une annexe à caractère non obligatoire au code de l’ASME, section III, division 2.

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