Combustion de l’hydrogène : principaux acquis et perspectives

¹ IRSN
² CEA
³ EDF
⁴ AREVA

Résumé

Lors de l’accident de fusion du cœur de la centrale de Three-Mile Island, une explosion d’hydrogène a eu lieu dans l’enceinte de confinement, mais cette dernière a fort heureusement joué son rôle de barrière ultime entre la radioactivité et l’environnement. Les rejets occasionnés par cet accident ont donc conduit à une très faible dose collective. Lors des accidents de fusion de cœur survenus récemment dans la centrale de Fukushima Daïchi au Japon, quatre explosions d'hydrogène se sont produites et ont endommagé à des degrés divers les bâtiments entourant les réacteurs. Les premières analyses semblent montrer que les explosions produites dans les tranches 1, 2 et 4 sont de type déflagration alors que pour la tranche 3, la combustion a dû vraisemblablement se produire sous un régime atteignant la détonation incluant donc une transition déflagration détonation (TDD). Ces évènements illustrent bien la diversité des régimes de combustion pouvant se produire lors d’un accident de fusion du cœur et de leurs effets sur les structures.

Afin d’appréhender ces phénomènes et de disposer d’outils capables de prédire les charges en pression et en température pouvant être générées par ces régimes de combustion, des travaux de recherche ont été menés au niveau national (programme ENACCEF, TONUS, …) et international (programmes RUT, HYCOM, ..). Ces travaux ont permis de développer des outils (codes de calculs, critères, ..) opérationnels pour l’évaluation du risque hydrogène dans les enceintes de confinement des réacteurs.

Néanmoins, les récents exercices d’inter-comparaison des codes de calcul de combustion, organisés dans le cadre du projet SARNET et sous l’égide de l’OCDE (l’ISP49), ont mis en évidence un besoin d’amélioration de la capacité de prédiction des codes pour les phases d’accélération, de décélération et d’extinction de flammes ; ces phénomènes ont un impact significatif sur la cinétique d’évolution de la pression générée par la combustion et par conséquent sur la tenue mécanique des structures impactées.

Fort de ce constat, l’IRSN avec le CEA, AREVA, AIR LIQUIDE, EDF, CNRS, ELTA et JÜLICH ont élaboré un nouveau projet, appelé MITHYGENE, proposé dans le cadre de l’appel d’offre ANR/RSNR. En plus de l’étude de la distribution d’hydrogène dans l’enceinte de confinement et du développement d’une nouvelle instrumentation dédiée à la mesure de l’hydrogène en conditions accidentelles, ce projet vise à améliorer la prédictibilité des modèles de combustion et ceux traitant de la tenue des structures aux charges de pression générées par une combustion d’hydrogène. Pour ce faire, une nouvelle installation dédiée à l’étude des régimes de combustion sous diverses conditions sera construite dans les locaux d’ICARE à Orléans tandis que pour la tenue des structures, une nouvelle installation située à Saclay sera utilisée.