Rôle de la chimie dans les phénomènes survenant dans les circuits des centrales nucléaires

La physique des reacteurs, la thermohydraulique ou la science des materiaux sont principalement etudiees pour comprendre les phenomenes ayant lieu dans les reacteurs nucleaires ou pour ameliorer la performance des reacteurs existants ou futurs: amelioration de la performance du cœur, recherche de nouveaux materiaux (combustible, gaine, cuve, materiaux de structure, ...), ... Pourtant, au meme titre que ces sciences physiques, la chimie, au sens large, (chimie en solution, thermodynamique, cinetique, ...) permet egalement de repondre a ces objectifs. Premierement, pour ameliorer la disponibilite, la securite et la duree de vie des centrales actuelles, le conditionnement chimique optimal doit etre utilise dans les differents circuits de la centrale (circuits primaire, secondaire, tertiaire et auxiliaire) pour minimiser les interactions fluide- matiere. Pour cela, le pH de la solution (obtenu par ajout de base et/ou d'acide: acide borique/lithine, ammoniaque, morpholine, ...), le redox (valeur et nature du reducteur utilise: hydrogene, hydrazine), les procedes de traitement des eaux, les mesures en ligne doivent par exemple etre optimises. Deuxiemement, la chimie peut egalement nous aider a mieux comprendre certains phenomenes se produisant dans les differents circuits. Par exemple, la prediction de la contamination du circuit primaire est un enjeu majeur pour l'exploitation des reacteurs. Cette contamination est produite par l'activation neutronique des produits de corrosion (Fe, Ni, Cr, ...) conduisant a la formation de radio-isotopes ( 58 Co, 60 Co, 51 Cr, 110m Ag, ...) ou par la dissemination de produits de fission (Cs, I, Sr, Xe, ...) ou d'actinides (U, Pu, Cm, ...) lors d'une rupture partielle des barrieres de confinement. Les principaux mecanismes impliques dans ce transfert de contamination sont les phenomenes de dissolution/precipitation, d'erosion/ deposition, de convection, d'activation neutronique, de decroissance radioactive, ... Parmi eux, certains phenomenes sont purement chimiques. Par consequent, une bonne chimie du milieu ne peut que contribuer a minimiser le transfert de contamination. Dans le circuit secondaire, la formation de milieux concentres (qui peut conduire a la corrosion localisee des tubes de GV, a l'encrassement ou au colmatage des generateurs de vapeur) est actuellement un probleme majeur. Ces phenomenes (encrassement ou colmatage) entrainent une baisse des performances thermiques et de l'efficacite des GV. Comme pour le circuit primaire, la chimie, couplee a la thermohydraulique, peut nous aider a expliquer et a attenuer ces phenomenes (par exemple, par l'optimisation du pH ou du redox, ...). Cote circuit tertiaire, l'entartrage, la corrosion, la formation de depots ou les developpements microbiens peuvent affecter les performances de la centrale et peuvent, encore une fois, etre, au moins partiellement, controles par une "bonne" chimie. Enfin, la maitrise de la chimie sur une centrale nucleaire permet egalement de maitriser et de minimiser ses rejets vers l'environnement. Pour comprendre le role ou l'impact de la chimie, un important travail de R&D est necessaire. En effet, peu de donnees existent dans la litterature pour les conditions physicochimiques rencontrees dans un reacteur nucleaire (en particulier la haute temperature). Ces donnees doivent donc etre obtenues, soit experimentalement (mesure de solubilites, d'equilibres liquide-vapeur, de flux interfaciaux, ...) ou par extrapolation (ce qui implique l'utilisation ou le developpement de modeles theoriques, par exemple, pour tenir compte de l'influence de la temperature ou de la force ionique). Puis, des bases de donnees doivent etre construites et des codes de simulation doivent etre developpes, par exemple, pour decrire les mises en arret a froid ou l'encrassement des GV. Toutes ces etudes de R&D, realisees au CEA, sont soit sur fonds propres, soit en collaboration avec d'autres compagnies telles que EDF, AREVA NP ou GDF SUEZ. L'objectif de cet article est de presenter la demarche deployee pour realiser ces etudes de R&D au CEA, ainsi que quelques exemples d'utilisation de la chimie pour comprendre certains phenomenes se produisant dans les reacteurs nucleaires.