PSI: Refroidir sans pomper – nouvelles données de mesures pour des SMRs

L’une des caractéristiques essentielles de bon nombre de SMR est leur concept de sécurité: ils misent sur le refroidissement passif à la place des systèmes actifs qui nécessitent de l’énergie externe. Certains effets physiques, comme la condensation, la gravitation et les différences de densité, assurent la sécurité du réacteur en cas d’urgence.

Des scientifiques ont étudié pour la première fois ces systèmes de refroidissement destinés aux petits réacteurs modulaires dans l’installation de recherche Panda du PSI. Panda est l’acronyme de l’allemand «PAssive Nachwärmeabfuhr und DruckAbbau-Testanlage», ce qui signifie «installation d’essai pour l’évacuation passive de la chaleur résiduelle et la réduction de la pression». Elle s’étire sur cinq étages et sur une hauteur de 25 mètres. L’installation se compose de plusieurs cuves d’un volume total d’environ 500 mètres cubes, dans lesquelles il est possible de simuler de manière réaliste les processus qui se jouent dans les réacteurs nucléaires. Elles fournissent des données de mesure à haute résolution qui peuvent être utilisés pour valider ces systèmes dans des simulations. Leurs résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Nuclear Engineering and Design.

L’équipe de projet autour de Yago Rivera Duràn du Centre de l’ingénierie et des sciences nucléaires au PSI a testé un circuit de refroidissement fermé. En cas d’incident, si de la vapeur s’échappe dans l’enceinte de confinement, elle entre en contact avec la surface froide du tuyau, s’y condense et retombe sous forme d’eau dans le réacteur. La chaleur ainsi dégagée est transmise à l’eau qui se trouve à l’intérieur du tuyau. On obtient ainsi un circuit naturel, basé uniquement sur la différence de densité entre eau chaude et eau froide, qui se passe entièrement de pompes et d’électricité.

Des expériences antérieures avaient déjà montré que ces systèmes fonctionnaient. L’équipe du PSI a maintenant franchi une étape supplémentaire et vient de présenter des données de mesure extrêmement détaillées, qui montrent précisément comment se déroulent les processus physiques à l’intérieure d’une installation à l’échelle d’une centrale nucléaire.
Les scientifiques se sont servis de caméras à haute vitesse pour documenter ces processus en détail, y compris les minuscules gouttelettes d’eau de condensation à la surface du tuyau.
Ils ont été les premiers à observer comment les gaz se séparent à l’intérieur de l’enceinte de confinement: l’air s’accumule davantage dans la partie inférieure, alors que la vapeur tend à rester dans la partie supérieure.