CEA / Les Défis du CEA - Le magazine de la recherche - Cea-Dam

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CEA / Les Défis du CEA - Le magazine de la recherche - Cea-Dam
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numéro 145
les défis du cea
Parce que la propulsion nucléaire garantit l’autonomie totale des navires, le
nucléaire assurera l’approvisionnement énergétique des futurs sous-marins de la Marine
nationale, laquelle va confier en outre au CEA des missions élargies. Immersion…
ÉNERGIE
TEXTE : Patrick Philippon
LE NUCLÉAIRE
PROPULSE LA MARINE
NATIONALE
brûlante sur le front de la Contrairement aux propulseurs diesel ou diesel électrique
propulsion nucléaire. En des sous-marins classiques, un réacteur nucléaire peut foncjuin, deux tronçons du Suffren, livrable en 2017, étaient tionner plusieurs années avec le même cœur combustible.
soudés à Cherbourg. Le 10 juillet, la toute première tôle Et surtout, il ne consomme pas d’oxygène, avantage essendu Duguay-Trouin, nouvellement commandé, était décou- tiel pour un sous-marin. Certains observateurs considèrent
pée. Ces deux bâtiments deviendront les premiers du pro- d’ailleurs que seuls les sous-marins à propulsion nucléaire
gramme Barracuda, les nouveaux sous-marins nucléaires méritent vraiment ce nom, les autres n’étant que des navires
d’attaque (SNA) de la Marine nationale destinés à rempla- submersibles devant remonter à la surface régulièrement
pour recharger leurs batteries avec le
cer les actuels SNA type Rubis. La revue
groupe diesel.
de conception détaillée de leur chaufferie,
La propulsion
La chaufferie nucléaire fournit également
étape essentielle de la phase de réalisanucléaire est
l’électricité du bord, y compris celle
tion, se déroule cet automne. Enfin, en
toujours d’actualité,
nécessaire au dessalement de l’eau de mer.
2010, le Terrible, quatrième et dernier des
et le CEA en est
Outre son extrême compacité, elle supsous-marins nucléaires lanceurs d’engins
plus que jamais
porte des contraintes inconnues à terre.
de nouvelle génération (SNLE-NG)
un acteur
entamera sa carrière militaire et, en
2011, le nouveau réacteur d’essais à
de premier plan
terre, le RES, divergera à Cadarache. La
propulsion nucléaire est ainsi toujours d’actualité, et le
CEA en est plus que jamais un acteur de premier plan.
Mais pourquoi embarquer un système aussi complexe
qu’un réacteur nucléaire pour faire avancer un navire? La
réponse tient en deux mots : autonomie et oxygène.
© Lesenechal/CEA
Actualité
Chaufferie // Elle comprend le réacteur et le (ou les) générateur(s)
de vapeur.
Diverger // Démarrer un réacteur nucléaire.
Cœur // Partie centrale du réacteur ; c’est un assemblage d’éléments
combustibles à l’intérieur desquels se produit la réaction de fission
nucléaire.
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8 À la une
les défis du cea
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novembre 2009
Elle doit résister aux mouvements incessants du bâtiment
en mer, aux aléas que les marins appellent pudiquement des
«fortunes de mer», et évidemment aux risques du combat.
De plus, contrairement à un réacteur électronucléaire fonctionnant à régime stable, elle doit répondre instantanément
aux exigences de la manœuvre du navire.
Au lieu du classique empilage de pastilles d’oxyde d’uranium dans des « crayons », les cœurs sont constitués de
plaquettes rectangulaires insérées dans les alvéoles d’une
grille de zircaloy, dont les deux faces sont ensuite recouvertes de plaques du même métal. Le tout est soudé. Cette
géométrie particulière leur confère une grande résistance
aux chocs, tout en accélérant les transferts thermiques.
zones maritimes. Les Barracuda, SNA de type Suffren, assumeront toutes ces missions, avec quelques bénéfices supplémentaires. Ils intégreront des armes nouvelles, en particulier des missiles de croisière, de nouveaux types de torpilles et des mines. Ils pourront aussi larguer et récupérer
des commandos, voire, grâce à un sas, libérer sous l’eau des
nageurs de combat. Plus longs et deux fois plus lourds
que leurs prédécesseurs, ils ont une vitesse « silencieuse »
supérieure et embarquent un équipage plus réduit.
Leur chaufferie dérive du même concept que celui du
porte-avions nucléaire Charles-de-Gaulle et des SNLE-NG.
Toute la flotte nucléaire française utilisera donc bientôt
le même type de réacteur, ce qui simplifiera l’approvisionnement. « Les premières chaufferies de ce type ont été lancées dans les années 1980. Celles du programme Barracuda intèLes Barracuda arrivent
Contrairement aux sous-marins nucléaires lanceurs d’en- grent naturellement des évolutions survenues depuis, par exemgins (SNLE), au rôle stratégique de vecteurs de la force ple sur le réacteur civil EPR », précise Laurent Janot, chef de
de dissuasion, les SNA sont des navires de combat. Ils projet Barracuda au CEA-DAM1. Ces améliorations porprotègent les SNLE et le porte-avions, et interdisent des tent en particulier sur la sûreté – prise en compte des accidents graves dès la conception – et la radioprotection.
Un point important puisque, dans un SNA, les premières
Zircaloy // Groupe d’alliages de zirconium.
Vitesse « silencieuse » // Vitesse maximale à laquelle peut se mouvoir couchettes sont installées à quelques dizaines de mètres
un sous-marin tout en restant silencieux. Au-delà, la vitesse est dite
du réacteur. Grâce à des systèmes automatiques, le poste
« bruyante ».
EPR // Réacteur à eau pressurisée de génération III (European de conduite du réacteur est désormais situé à l’avant du
Pressurized Reactor).
navire, ce qui réduit encore l’exposition.
Piscine d’entreposage
et d’examen des combustibles irradiés
du futur réacteur d’essais RES.
numéro 145
les défis du cea
© C. Jandaureck/CEA
© Photos Marine nationale
LA FLOTTE NUCLÉAIRE
FRANÇAISE
QUANTITÉ
PREMIER LANCEMENT
DIMENSIONS
MISSIONS
SNA de type Rubis
6
En 1982, remplacement
progressif par les SNA du
programme Barracuda.
72 mètres pour 2 385 tonnes
et 66 hommes.
Missions tactiques : protection de la flotte,
interdiction de zones maritimes.
SNLE-NG
de type Triomphant
4
En 1997, (le dernier en 2010), en
remplacement des 6 anciens
SNLE.
138 mètres
pour 12 640 tonnes
et 111 hommes.
Mission stratégique : emport des armes
de dissuasion nucléaire.
Porte-avions nucléaire
Charles-de-Gaulle
1
En 2001.
261 mètres
pour 42 000 tonnes
et 1 900 hommes.
Missions tactiques : attaque d’objectifs
terrestres ou de forces navales à la mer ;
couverture aérienne d’un théâtre d’opérations
à terre ou en mer ; soutien d’opérations à terre.
SNA Barracuda
(de type Suffren)
6
En 2017, puis tous les 2 ans,
en remplacement des SNA
de type Rubis.
Environ 100 mètres pour
4 650 tonnes et 60 hommes
(plus 10 passagers
ou 15 commandos).
Missions tactiques : protection de la flotte,
interdiction de zones maritimes, dépose
de commandos.
Le nouveau cœur combustible permet aussi d’espacer les
opérations de maintenance: tous les 10 ans au lieu de 7 pour
les actuels SNA. Autre grande nouveauté, les SNA Barracuda
ont une motorisation mixte. La vapeur produite par le réacteur anime non seulement une turbine qui entraîne directement l’hélice, mais aussi des turbo-alternateurs qui peuvent alimenter des moteurs électriques. Il en résulte des
navires plus efficaces énergétiquement et très silencieux.
« La maîtrise d’ouvrage intégrée
DGA-CEA permet une meilleure
gestion de l’interface entre
le bateau et sa chaufferie »
Un maître d’ouvrage reconnu
Le programme Barracuda bénéficie d’une maîtrise d’ouvrage intégrée DGA-CEA2. Pour Laurent Janot, « cela permet une meilleure gestion de l’interface entre le bateau et sa
chaufferie. De plus, les maîtres d’œuvre industriels – Areva TA
pour la partie nucléaire et DCNS pour le reste du bâtiment – ont
affaire à un donneur d’ordre unique ».
Depuis le début de la propulsion nucléaire en France, le
CEA conçoit et réalise les chaufferies des bâtiments, aide
à leur exploitation, assure leur démantèlement et prend en
charge les effluents. Il en va de même pour les cœurs, avec
une nuance supplémentaire : le CEA en reste propriétaire
et en est responsable devant l’Autorité de sûreté nucléaire.
Il ne fait que les mettre à la disposition de la Marine. «Cette
dernière est en train de confier des missions élargies au CEA »,
indique Arnaud Varoquaux, adjoint au directeur de la propulsion nucléaire au CEA-DAM. Le CEA prend ainsi en
charge les opérations lourdes d’entretien à caractère
nucléaire: déchargement et remplacement des cœurs, inspection des réacteurs lors du grand carénage des navires.
Ce fut d’ailleurs le cas lors de celui du Charles-de-Gaulle.
« Nous avons implanté une équipe à Toulon, auprès du chef
de projet Marine. Tout s’est très bien passé ; le Service de soutien de la flotte nous délègue désormais la maîtrise d’ouvrage
pour toutes les IPER 3. » Une équipe CEA est d’ailleurs à
l’ouvrage sur le SNA Perle à Toulon, et une autre va être
implantée à Brest pour les SNLE-NG. Le premier à en
bénéficier sera le Vigilant.
Autre évolution, le CEA se voit confier la maîtrise d’ouvrage de la remise à niveau, la modification, voire la
création des installations à terre. Il a par exemple réalisé
la station d’épuration des effluents liquides de l’IleLongue, en face de Brest, et dirige maintenant, sur le
même site, la rénovation de la piscine d’entreposage des
cœurs irradiés des SNLE. « C’est une installation datant de
quarante ans, que nous mettons aux normes actuelles de sûreté
et dont nous étendons les capacités. Les travaux s’achèveront
au printemps 2010 », indique Arnaud Varoquaux.
Carénage // Opération de révision périodique de la coque d’un navire.
Laurent Janot, chef de projet Barracuda à la DAM
notes : 1. CEA-DAM : Direction des applications militaires du CEA. 2. DGA :
Direction générale de l’armement. 3. IPER : indisponibilité périodique pour entretien et réparation. C’est ainsi que la Marine appelle les grands carénages.
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les défis du cea
L’aventure continue
Le Livre blanc sur la Défense a récemment confirmé le
besoin de six SNA Barracuda et remis sur le devant de la
scène l’idée d’un deuxième porte-avions nucléaire. L’avenir
de la propulsion nucléaire semble donc assuré à moyen
terme, mais que se passera-t-il ensuite ? Le concept des
chaufferies compactes actuelles, les K15, devrait perdurer.
Cependant, le CEA travaille d’ores et déjà sur un nouveau
générateur de vapeur à plaques pour remplacer l’actuel
système à tubes. Cela permettrait d’allouer plus de place
au réacteur. On pourrait alors envisager des cœurs à durée
de vie plus longue, pouvant même atteindre la longévité
du navire pour des bâtiments peu consommateurs. À plus
long terme, la réflexion est déjà engagée sur les successeurs
des SNLE-NG qui doivent apparaître vers 2030.
Sous-marin nucléaire d’attaque
de type Rubis.
interview
Philippe Jucker, chef de projet RES
© CEA
À chaque génération de chaudière embarquée a correspondu un réacteur
prototype à terre, construit à Cadarache. Le réacteur d’essais (RES), dédié
à la chaufferie Barracuda, est lui aussi construit à Cadarache.
LES DÉFIS DU CEA En quoi consiste le
programme et où en est-il ?
P. J. | Lancé en 1995, le programme comprend le RES lui-même et une piscine
d’entreposage des combustibles irradiés
en provenance des navires, du RES et
des réacteurs de recherche du CEA. Le
réacteur divergera en 2011. La piscine est
en service depuis 2005. À terme, elle
hébergera une grande partie des cœurs
de propulsion usagés. Des campagnes
de rapatriement à partir des trois autres
piscines des ports militaires de Brest,
Cherbourg et Toulon sont en cours.
LES DÉFIS DU CEA Pourquoi construire
un réacteur à terre ?
P. J. | Ce n’est pas seulement un prototype mais un réacteur d’essais. Son
rôle n’est donc pas seulement de qualifier les concepts et les systèmes embarqués, en particulier le cœur, mais
aussi de soutenir la flotte en service et de
tester le réacteur en conditions extrêmes.
En particulier le faire vieillir par des cycles
répétés pour repérer d’éventuelles faiblesses susceptibles de se révéler en
fin de vie. Il n’est pas question que la
chaufferie nucléaire d’un sous-marin
tombe en panne, ne serait-ce que pour
la crédibilité de la dissuasion ou des
missions. De plus, la chaudière compacte embarquée restera en service de
longues années. Il faudra tester ses
évolutions, que le RES, modulable,
pourra absorber.
LES DÉFIS DU CEA En quoi consiste
la nouveauté du RES ?
P. J. | Contrairement à ses prédécesseurs,
le RES est un véritable outil de recherche. Il est doté d’une instrumentation capable de suivre in situ le fonctionnement du cœur à divers régimes, ainsi
que d’un banc de gammamétrie dans
la piscine d’entreposage, pour pouvoir caractériser un cœur en cours
d’irradiation sans le détruire. Le RES
servira ainsi à valider des codes de
calcul et des avancées technologiques
sur le cœur. Toujours représentatif de
la chaufferie K15, il pourra cependant
tester des évolutions majeures,
comme le futur générateur de vapeur
à plaques.
© Marine nationale
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novembre 2009