L'ASN se prononce sur la stratégie de traitement de la fatigue vibratoire des tubes des générateurs de vapeur des réacteurs de 1300 MWe d'EDF

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Le 18 février 2008, un tube d’un générateur de vapeur du réacteur n°2 de 900 MWe de Fessenheim s’est fissuré causant une fuite entre le circuit primaire et le circuit secondaire. Dans l'attente d'une explication fiable de l’incident, l’ASN a considéré que cet événement remettait en cause la stratégie d’EDF de gestion du phénomène de fissuration par fatigue vibratoire des tubes non ou mal soutenus (cf. schéma). Elle a demandé à EDF de traiter préventivement l’ensemble des tubes de générateur de vapeur en anomalie de supportage (c’est à dire non ou mal soutenus) avant le 30 septembre 2008.
 
Avant cette échéance, EDF avait repris les études du mécanisme de fatigue vibratoire dont les résultats ont permis de fournir une explication à la fuite survenue à Fessenheim. EDF avait par ailleurs réalisé le bouchage des tubes concernés sur le palier 900 MWe, pour lequel cette opération présentait le caractère le plus urgent et pris des mesures visant à diminuer le risque d’instabilité vibratoire en attente du prochain arrêt sur deux réacteurs.
 
Pour les réacteurs de 1300 MWe, les éléments présentés à l’ASN par EDF en matière de stratégie de bouchage ont démontré que les mesures nécessaires à court terme avaient été prises. Ainsi, compte tenu des inconvénients d’un bouchage massif des tubes en anomalie de supportage sur le palier 1300 MWe, l’ASN a estimé que la possibilité d'un bouchage plus ciblé devait être étudiée et a suspendu sa demande de boucher l'intégralité des tubes en anomalie de supportage en l’attente de nouveaux éléments.
 
 

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L’ASN a demandé à EDF de lui proposer une nouvelle stratégie intégrant les mesures envisagées pour réduire, sur les tubes en anomalie de supportage maintenus en service, le risque d’instabilité vibratoire. EDF a présenté une stratégie, qui s’appuyait sur les améliorations des études réalisées, et qui a dû être complétée à la demande de l’ASN. EDF doit donc boucher les tubes pour lesquels un niveau suffisamment bas de risque n’a pas été démontré et développer des moyens de contrôles supplémentaires.
 
Détermination des tubes sensibles à la fatigue vibratoire

Après deux incidents dus à la fatigue vibratoire survenus aux Etats-Unis et au Japon, EDF et AREVA ont étudié, au début des années 1990, le phénomène et déterminé les tubes susceptibles d’être l’objet de telles dégradations afin de procéder à leur bouchage.
 
Le rapport d’instabilité vibratoire
 
Les vibrations des tubes sont dues aux efforts exercés sur le tube par le fluide contenu dans l’enceinte du générateur de vapeur où circule l’eau dite secondaire. EDF dispose de moyens de simulation numérique permettant de calculer les caractéristiques de l’écoulement côté secondaire et notamment la vitesse de l’eau. Le risque de fatigue vibratoire est défini par un coefficient dit « rapport d’instabilité » qui représente le fait que le tube ne se met à vibrer que si la vitesse du fluide dépasse une « vitesse critique ».
Pour l’ensemble des générateurs de vapeur du parc, EDF a calculé les rapports d’instabilité des tubes afin de déterminer ceux pour lequel le risque est le plus important.
 
Les facteurs influant sur la sensibilité des tubes à la fatigue vibratoire
 
Les études réalisées et le retour d’expérience de l’exploitation des réacteurs ont montré que plusieurs facteurs influent de façon importante sur les calculs. Il s’agit de mécanismes liés à l’évolution en fonctionnement des générateurs de vapeur, comme par exemple la formation de dépôts obstruant partiellement les passages dans lesquels circule l’eau secondaire à l’intérieur des générateurs de vapeur, entraînant une modification de l’écoulement.
 
En outre, les générateurs de vapeur ne sont pas tous similaires et leurs spécificités peuvent conduire à des écoulements légèrement différents pour des appareils de modèle semblable. Il a donc été demandé à EDF d’en effectuer le recensement exhaustif.

 
 
Études et traitement du risque d’instabilité vibratoire

La stratégie de détermination du risque vibratoire reposant principalement sur des simulations a été validée au niveau international. Elle n’a pas été remise en cause jusqu'en 2006. Le retour d’expérience d’exploitation et notamment l’événement survenu à Fessenheim ont conduit à revoir ces calculs qui n’avaient pas permis de mettre en évidence le risque de fissuration du tube sur lequel la fuite a été observée.
 
Reprise des études
 
A la demande de l’ASN, EDF a réévalué le risque de fatigue vibratoire en réexaminant les hypothèses utilisées et en procédant à des corrections qui ont rendu plus précis les résultats des études.
EDF a également pris en compte des configurations et des phénomènes aggravants dont l’impact sur le risque vibratoire n’a été mis en évidence que par l’expérience d’exploitation des dernières années. L’ASN a examiné ces nouvelles études afin de déterminer si elles permettent de justifier le maintien en service de tout ou partie des tubes en anomalie de supportage.
 
Résultats des études
 
L’ASN considère que les résultats de ces études ne doivent être utilisés qu’en utilisant des marges de sécurité importantes, pour prendre en compte l’impact potentiel de facteurs aggravants encore non identifiés. Ces incertitudes ne peuvent donc pas démontrer qu’il est possible de laisser en fonctionnement les tubes dont les rapports d’instabilités sont les plus élevés.

Malgré les améliorations qu’EDF doit encore apporter à ces calculs, les nouvelles hypothèses ont cependant permis de montrer que certains tubes non soutenus sur le palier 1300 MWe ne présentent pas de risque au cours des prochains cycles de fonctionnement.
Les améliorations de calcul demandées à EDF sous deux ans permettront de statuer sur l’aptitude au service, à long terme, des tubes concernés.

• Voir l’avis d’incident significatif du 18 juin 2008 : « Anomalies de pose de bouchons sur certains tubes des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires d'EDF »
• Voir la note d’information du 20 juin 2008 : « L'ASN demande à EDF de mettre en œuvre des mesures préventives sur les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires »
• Voir la note d’information du 21 octobre 2008 : « L'ASN se prononce sur la mise en conformité des générateurs de vapeur des centrales nucléaires d'EDF »