Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA

Exemple d’un des lots du programme UP1 de Marcoule 15/03/2016
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2016-1:16256
contenu protégé  Document accessible sous conditions - vous devez vous connecter ou vous enregistrer pour accéder à ou acquérir ce document.
Prix : 10,00 € TVA 20,0% comprise (8,33 € hors TVA) - Accès libre pour les ayants-droit
 

Résumé

Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA

Métriques

12
6
777.13 Ko
 application/pdf
bitcache://92cefe5f57ca78fc3ed934d0045e4ea913a797b5

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2016-1/16256</identifier><creators><creator><creatorName>Cyril Moitrier</creatorName></creator><creator><creatorName>Samuel Blanchard</creatorName></creator><creator><creatorName>Yves Soulabaille</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA</title><title>Exemple d’un des lots du programme UP1 de Marcoule</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2016</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Tue 15 Mar 2016</date>
	    <date dateType="Updated">Thu 26 Jan 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Wed 19 Sep 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">92cefe5f57ca78fc3ed934d0045e4ea913a797b5</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>26999</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

REE N°1/2016 49 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRES DOSSIER 1 Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA Exemple d’un des lots du programme UP1 de Marcoule Par Cyril Moitrier, Samuel Blanchard, Yves Soulabaille CEA CEA’s nuclear installations currently being dismantled are very diverse: research reactors, chemistry labs, effluent and waste treatment facilities, pilot installations and reprocessing plant... Each project is a special case with its own specificities but also relies on dedicated and standardized methods and tools. This is what this article aims to illustrate, taking the example of one of the dismantling project on the CEA Marcoule site: the dismantling of the dissolvers of the former UP1 spent fuel processing plant which is one of the most important dismantling projects in the world. From the preparatory phases to the workshop (installation of dedicated equipment, virtual reality simulation, specific technology developments) to the operational implementation of operations, this example illustrates what actually implies dismantling a nuclear facility, while highlighting the skills and expertise acquired by the CEA and its partners in this field. ABSTRACT Figure 1 : Reprise de déchets anciens entreposés dans une fosse d’UP1 – Crédit photo : CEA. 50 REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 Introduction En tant qu’exploitant nucléaire, le CEA est responsable du démantèlement de ses installations et de la gestion des dé- chets qui en sont issus. Aujourd’hui, 22 installations nucléaires sont en déman- tèlement au CEA. Elles sont de nature très variées : réacteurs expérimentaux, laboratoires de chimie, stations de trai- tement d’effluents et de déchets, pilotes et usine de retraitement, etc. Le déman- tèlement de chaque installation est donc presqu’un cas particulier et couvre des opérations spécifiques. Néanmoins, le CEA, sur la base de son expertise en la matière construite sur de nombreuses années, s’appuie sur des méthodes et outils dédiés et standardisés pour me- ner à bien ses programmes. L’objectif de cet article est d’illustrer à travers l’exemple d’un chantier de démantèle- ment sur le site de Marcoule, ce que peuvent représenter concrètement ces opérations, ces méthodes et outils. Des chantiers d’assainisse- ment- démantèlement de grande ampleur sur le site CEA de Marcoule Marcoule : le site historique de l’industrie nucléaire française Depuis le début des années 2000, le site de Marcoule est engagé dans des chantiers de démantèlement qui comptent parmi les plus importants en France et même dans le monde. Ils concernent des installations de toutes natures, représentatives de celles qui seront à démanteler dans les pro- chaines décennies (environ un tiers de déconstruction de réacteurs élec- tronucléaires et deux tiers de déman- tèlement d’installations du cycle du combustible, réacteurs expérimentaux, laboratoires de recherche et autres entreposages). Les activités d’assai- nissement et de démantèlement de Marcoule portent sur : combustibles comme l’Atelier pilote de Marcoule (APM) et l’usine de retraitement des combustibles usés (UP1) ; et de production d’électricité (G1/G2/ G3, Phénix) ou de production de ra- dioéléments (Célestin) ; - treposage de déchets anciens forte- ment radioactifs, dans l’attente de leur expédition vers les futurs sites de stoc- kage de l’Andra. Le programme UP1, l’un des plus grands chantiers d’assainissement-démantèlement au monde Le programme de démantèlement des installations du périmètre UP1 représente à lui seul, tant par sa taille et sa diversité que par sa durée et son coût, l’un des plus grands chantiers de démantèlement de l’hexagone et même du monde. En effet, le périmètre du programme UP1 comprend, outre le lot usine lui-même, plusieurs autres installations et ateliers nucléaires, ainsi que des ateliers supports. Le pro- gramme inclut également un volet très conséquent de reprise et de condition- nement des déchets anciens. Le chantier d’assainissement et de démantèlement de l’usine d’UP1 couvre donc celui de ses trois grands ateliers (voir encadré), ce qui représentait au moment de la mise à l’arrêt de l’installa- tion, entre autres : 2 de planchers, dont 9 000 m2 de locaux nucléaires ; - cédé destinés à mettre en solution les combustibles usés) (figure 2) ; - lonnes pulsées (équipements du pro- cédé destinés à séparer les matières valorisables – uranium et plutonium – des déchets) ; - cédé destinés à concentrer les solu- tions aqueuses) ; Dans ce contexte, le démantèlement de l’usine d’UP1 est un véritable chal- lenge technologique lié : - posants à traiter ; (rayonnement et contamination) né- cessitant des interventions à distance Figure 2 : Atelier Mar 200 de l’Usine d’UP1 – Vue 3D en coupe transversale – Crédit photo : CEA. REE N°1/2016 51 Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA avec des moyens téléopérés et robo- tiques dans plusieurs salles et cellules ; dans des espaces peu accessibles (cir- cuits de ventilation, espaces en sous- sols, etc.) ; dans la phase d’assainissement. Les opérations d’assainissement- démantèlement ont débuté dès 1998 pour bénéficier de la compétence et des connaissances des équipes d’exploita- tion en place, avec l’objectif de diminuer rapidement le terme de source radiolo- gique et les risques associés, dont celui de la criticité. Objectifs de l’assainisse- ment-démantèlement et mise en place des chantiers d’assainissement- démantèlement Les objectifs de l’assainissement- démantèlement Pour tout chantier d’assainissement- démantèlement, de grands objectifs techniques concrets sont à réaliser se- lon les cinq grandes étapes suivantes : - duelles (uranium et plutonium) ; présents dans les installations ; présente dans les équipements ; - ments vers les filières appropriées ; des sols des bâtiments si nécessaire. Toutes ces opérations doivent natu- rellement se dérouler dans le plus grand respect des règlementations en vigueur (sûreté nucléaire et environnementale, sécurité et droit du travail, règlemen- tation des transports, de la protection physique...). Elles se déroulent donc sous la sur- veillance de très nombreux organismes de tutelle et de contrôle. La mise en place concrète des chantiers Pour répondre aux enjeux des projets complexes d’assainissement- démantèlement, le CEA conduit des études et des chantiers qui incluent et intègrent l’ensemble des moyens opé- rationnels nécessaires à la réussite des opérations. Cela passe par la concep- tion et la construction d’équipements adaptés à chaque chantier, depuis la conception des moyens d’intervention jusqu’à la construction du poste d’éva- cuation des déchets. Ainsi, il va s’agir notamment : - vention à distance et les enceintes de blindée) ; - diés, l’ensemble des interventions envisagées ; conditions réelles ; moyens précédemment développés ; - ment-démantèlement elles-mêmes. Techniques innovantes Pour répondre aux besoins de l’en- semble de ces chantiers, le CEA déve- loppe des techniques innovantes, spécifiques ou génériques, et ce dans tous les grands domaines technologiques liés à cette activité : réalité virtuelle im- mersive, techniques de découpe laser, moyens robotiques et/ou téléopérés de démantèlement alliant dextérité indus- trielle et grande résistance à l’irradiation, etc. Toutes ces technologies font l’objet de développements au sein du CEA, en lien avec des partenaires industriels. Exemple du démantèlement des dissolveurs de l’atelier MAR 200 d’UP1 Pour illustrer concrètement la com- plexité des projets d’assainissement-dé- mantèlement, regardons l’un des projets de référence : le démantèlement des dissolveurs de l’installation MAR200, équipements de dissolution continue des combustibles de l’usine d’UP1 de Marcoule. Les particularités de ces dissolveurs et de leur environnement sont les sui- vantes : matériaux de forte épaisseur et de grande dureté (acier inoxydable), cel- lule aveugle à haut niveau d’irradiation (jusqu’à 1 Gray/h) et composants aux formes complexes (réservoirs profilés, circuits de tubes, compteurs à neutrons, etc.). Comme évoqué précédemment, ce chantier nécessite la mise en place L’usine de retraitement des combustibles usés d’UP1 L’usine d’UP1 a été mise en ser- - bustible extrait des réacteurs G1, G2 et G3 appartenant tous trois à la filière UNGG (uranium naturel- graphite-gaz) et situés eux aussi sur le site de Marcoule. Le retrai- tement consistait à extraire le plu- tonium de ce combustible irradié en réacteur pour les besoins de la Défense Nationale. A partir des été utilisée pour traiter des com- bustibles provenant d’autres réac- teurs de la filière UNGG, dédiés à la production d’électricité. Après 40 ans d’activité, l’arrêt de la pro- les opérations d’assainissement- démantèlement ont débuté dans la continuité début 1998. L’usine est composée de trois grands ateliers : l’usine moyenne activité, l’usine haute activité et l’atelier de dissolution des com- bustibles, appelé MAR 200. Encadré 1 : L’usine de retraitement des combustibles usés d’UP1. 52 REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 de nouveaux équipements dédiés spécifiquement aux opérations d’assai- nissement-démantèlement. Dans ce contexte, ONET Technologies a été sélectionné par le CEA pour concevoir, construire et exploiter l’ensemble des équipements dédiés au démantèle- ment et à l’extraction/conditionnement des déchets pour ce projet. Celui-ci, est prévu se dérouler sur une période de près de sept ans (2011-2018) et repré- - nierie. Il générera 11 tonnes de déchets primaires et 60 tonnes de déchets se- condaires. Architecture du système dédié à l’assainissement-démantèle- ment des dissolveurs L’ensemble des équipements conçus par ONET Technologies se décompose en deux principaux sous-systèmes : opération : ensemble confiné incluant un mât télescopique déployable jusqu’à sept mètres en plongée (ou en profondeur), prolongé par un bras manipulateur Maestro (figure 3), lui- même en interface avec des outillages spécifiques : source laser, disqueuse (découpe en mode secours), mesures nucléaires, pince de préhension, sys- tème de projection et aspiration ; l’extraction des déchets primaires, la caractérisation et le conditionnement dans un état compatible avec les spéci- fications de stockage final des déchets. L’ensemble des équipements est opé- ré sans intervention humaine de proximité via un poste de commande déporté. Simulation des opérations en réalité virtuelle immersive Simulation de l’environnement Au cours de la phase de conception, la réalité virtuelle immersive a été uti- lisée pour qualifier la cinématique des équipements dans un environnement représentatif ainsi que les scénarios de démantèlement. Les résultats de ces essais sur maquette virtuelle ont été pris en compte dans la conception avant le lancement en fabrication des équipe- Figure 3 : Vue d’ensemble du système de démantèlement téléopéré. Crédit photo : ONET Technologies. Figure 4 : Salle de réalité immersive CEA (Marcoule) – Crédit photo : ONET Technologies. REE N°1/2016 53 Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA ments. Cette étape a également permis aux opérateurs de se former à l’utili- sation du système avant les premiers essais en inactif (figure 4). Cette technologie de réalité vir- tuelle a été proposée et retenue pour concevoir et vérifier les scénarios de démantèlement en téléopération ou en robotique. L’objectif est bien sûr de limiter les incertitudes techniques et les risques, en pré-validant la faisabilité des opérations physiques telles que prévues en intervention. Afin de vérifier l’accessibilité et la fai- sabilité des travaux avec le système télé- opéré et de valider les choix techniques, il est nécessaire de modéliser l’envi- ronnement en 3D. Cette modélisation du bâtiment a été réalisée à partir des plans de construction dans un logiciel de conception assistée par ordinateur par des vidéos et des photos réalisées durant des inspections. Une fois tous les modèles fusionnés, des simplifications sont été faites afin de réduire la taille de la maquette numé- rique. Par exemple, la modélisation des éléments de visserie a été supprimée car une telle précision n’est pas néces- saire pour les études d’accessibilité. Simulation des moyens d’inter- vention dans leur environnement Après avoir modélisé l’environne- ment, il s’agit de modéliser ensuite le ro- bot téléopéré. Un robot est représenté par des objets 3D connectés entre eux par des liaisons cinématiques du type père-fils. Ces objets appelés « axes » constituent le squelette du robot. Deux types de mouvement à un degré de liberté peuvent être appliqués à ces axes : la rotation et la translation. Ces mouvements sont limités par des bu- tées minimale et maximale, placées sur le pivot de l’objet. Les robots peuvent alors être manipulés dans les limites de leurs contraintes, comme dans la réalité. Figure 5 : Modèle 3D d’un des dissolveurs de MAR 200 – Crédit photo : ONET Technologies. Figure 6 : Maestro fixé au porteur – Droits réservés. 54 REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 Sur le chantier de démantèlement des dissolveurs, le procédé téléopéré Maestro1 a été modélisé. Ce procédé, référence pour le CEA pour les chantiers de haute voire très haute activité, a été développé depuis les années 90 avec la société Cybernetix. Il dispose d’un retour d’effort et peut opérer dans des condi- tions radiologiques très sévères. Il est aujourd’hui implanté, avec succès, dans une seconde cellule de haute activité (HA) du site de Marcoule. Ce procédé Maestro comporte six degrés de liberté en rotation, le porteur possède deux degrés de liberté en translation et un 1 Modular Arm and Efficient System for TeleRObotics. en rotation. Le bras Maestro est fixé au porteur comme indiqué sur la figure 6. Le bras Maestro peut recevoir divers outils (pince, sonde, disqueuse, torche donc être aussi modélisés et simulés en réalité virtuelle. Son outil principal est la torche laser mais la disqueuse hydrau- lique pourra être utilisée elle aussi. Une manette (type “joystick”) est utilisée pour commander les déplace- ments du porteur selon les différents degrés de liberté, en prenant en compte les butées. Afin d’avoir une représenta- tion des mouvements réels, les vitesses réelles ont été appliquées. L’objectif, à terme, étant de coupler le bras esclave Maestro à une interface haptique, pour permettre le pilotage de l’extrémité du - nématique et toutes les butées. La réalité virtuelle est aussi utilisée pour aider à la conception du système de manipulation et à la formation des futurs opérateurs. L’objectif est que ce système simule de manière représentative et immersive les commandes et l’environnement. Les types de commande utilisés en réalité virtuelle sont donc similaires à ceux qui seront utilisés pour le système définitif de démantèlement et l’opérateur ressent également le retour d’effort, les collisions avec un élément 3D de l’environnement et également quand un ou plusieurs axes sont en butée : la manipulation est alors bloquée sur l’axe concerné. Bilan de l’apport de la réalité virtuelle Au final, dans cet exemple, l’utilisation de la simulation en réalité virtuelle a per- mis d’aider à la conception de l’ensemble du système de télémanipulation et de valider les scénarios envisagés. Enfin, elle a aussi été utile pour optimiser le position- nement des caméras. Elle a permis par exemple de constater des difficultés d’ac- cessibilité. Par exemple, la position initiale de la torche laser empêchait qu’elle soit saisie par la pince (figure 8). La concep- tion de la torche et le support d’outils ont été modifiés en conséquence. Figure 7 : Simulation des outils du bras Maestro : sonde, pince, disqueuse hydraulique et torche laser – Crédit photos : ONET Technologies. Figure 8 : Le support d’outils empêche la saisie de la torche laser. Crédit photo : ONET Technologies. REE N°1/2016 55 Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA La simulation en réalité virtuelle a aussi permis d’optimiser la conception et l’adé- quation de l’outil à l’environnement. Au fur et à mesure des différents tests, la concep- tion peut donc évoluer pour prendre en compte les résultats des simulations. Les figures 9 montrent par exemple l’évolu- tion de la torche laser entre la première et la dernière conception. La réalité virtuelle a de plus permis de simuler des scénarios de déman- tèlement. Certains aspects peuvent être mis en exergue : simulation de la découpe en interaction avec le porteur, plage d’utilisation des outils vis-à-vis de configurations extrêmes, ordre des sé- quences de démantèlement, etc. De nombreux autres scénarios ont été testés, afin d’améliorer l’ensemble du démantèlement, étape par étape. Développement de technologies spécifiques Technique de découpe laser Dans le prolongement du pro- gramme de R&D du CEA relatif à la découpe laser appliquée au démantè- lement nucléaire, ONET Technologies et le CEA ont réalisé des essais élé- mentaires en inactif (figure 10), d'une part pour qualifier les performances de découpe des matériaux (vitesse, épais- seur, distance laser/matériau, découpe de géométrie complexe) ainsi que les caractéristiques physiques des déchets résultant de l’opération, et d’autre part, pour justifier de la compatibilité de la technologie laser avec les exigences de sûreté et sécurité pour le projet. Le procédé laser a été retenu ici car il présente des émissions d’aérosol plus faibles que la plupart des autres procé- dés thermiques de découpe et permet également de limiter la production de scories (perte de masse des pièces découpées). Le procédé de découpe laser en air tel qu’il est mis en œuvre dans les chantiers téléopérés permet notamment une grande tolérance de Figure 9 : Modification de la torche laser – Droits réservés. Figure 10 : Essais de découpe laser en inactif – Crédit photos ONET Technologies. 56 REE N°1/2016 LE DÉMANTÈLEMENT DES CENTRALES NUCLÉAIRESDOSSIER 1 positionnement des outils et offre une capacité à découper simultanément plu- sieurs épaisseurs. Bras manipulateur Maestro L’enceinte téléopérée est équipée d’un bras manipulateur Maestro. Issu de 10 années de développement entre le CEA et la société Cybernetix, Maestro (figure 11) est un véritable procédé industriel téléopéré, spécifi- quement conçu pour réaliser des opé- rations de démantèlement en milieu hostile. Parmi ses principaux atouts, son bras manipulateur hydraulique six axes, qui peut adapter divers outils et qui dis- pose d’une grande dextérité associant le retour d’effort, une haute résistance à l'irradiation (jusqu'à 10 kGy) et une capacité de charge allant jusqu’à 100 kg. Ce procédé modulaire est également composé d’autres briques technolo- giques : un contrôleur (le TAO 2000), un société Haption), un superviseur et une centrale hydraulique embarquée ou non en fonction de la configuration ainsi que des moyens audio et vidéo. Couplé aux différents outils disponibles, ce procédé permet la mise en œuvre à distance des opérations de démantèlement. Essais en inactif des technologies L’ensemble des équipements a fait l’objet d’un programme intense d’essais en inactif (figure 12) dans un environne- ment représentatif recréé afin de s’assu- rer des performances du système avant transfert dans l’installation nucléaire. Les essais en inactif se sont dérou- lés de manière très positive. Ils se sont achevés fin 2014 et ont contribué, après transfert et essais en actif, à la réussite de la mise en service du système com- Mise en actif et premières découpes a effectué la mise en actif de l’en- ceinte téléopérée ainsi que la première découpe par disqueuse à l’aide du bras Maestro sur un des dissolveurs. Pour cela et au préalable, avaient été réalisées les étapes suivantes : autorisa- Figure 11 : Bras manipulateur Maestro – Crédit photo : ONET Technologies. Figure 12 : Essais sur maquette en inactif – Crédit photo : ONET Technologies. Figure 13 : Première découpe de tuyauterie (avant découpe, à gauche, après découpe à droite) – Crédit photo : ONET Technologies. REE N°1/2016 57 Les chantiers d’assainissement et de démantèlement du CEA tion de sûreté délivrée par l’ASND2 (juin 2014), la fin des essais en usine com- prenant la découpe d’une maquette de dissolveur à échelle 1 (fin 2014) et la livraison des premiers équipements sur le site de l’enceinte téléopérée le 12 mai A l’issue de la livraison de ces pre- miers équipements, les équipes ont procédé au montage, au raccordement aux utilités ainsi qu’aux essais en inactif en respectant à la lettre le planning. étape importante, caractérisée par le raccordement de l’enceinte téléopérée à la ventilation du bâtiment, ceci consti- tuant de fait sa mise en actif, suivie de la première découpe disqueuse le 30 no- - minée au-dessus du dissolveur et enfin, découpe de tuyauterie à l’aide de la tête laser. Il faut noter le délai très court, fruit d’une très grande préparation, entre l’ar- rivée sur le site du matériel démonté et la première découpe laser. Conclusion et perspectives Cette opération constitue une grande première extrêmement encou- rageante pour la poursuite et la réussite de nos opérations de démantèlement, voire de RCD, dans le domaine très hos- tile de la haute, voire très haute, activité nucléaire. Elle valorise en outre très concrè- tement, non seulement le savoir-faire et l’expertise acquis par les équipes et les partenaires du CEA en matière de démantèlement et de gestion des déchets, mais également les résultats des travaux de R&D menées depuis des années par le CEA en matière, entre autre, de robotique, de découpe laser, de mesures nucléaires et d’utilisation de la réalité virtuelle. 2 Autorité de sûreté nucléaire Défense. LES AUTEURS Cyril Moitrier est titulaire d’un diplôme d’ingénieur de l’Ecole nationale su- travaille dans le domaine du démantèlement depuis 2006. Il est actuellement responsable d’une unité Métiers au sein de la DEN au CEA, qui apporte une expertise technique et technologique aux projets de démantèlement des installa- tions nucléaires. Il dispose d’une expérience précédente de plus de huit ans dans le domaine de la gestion des déchets à vies longues. Samuel Blanchard est diplômé de l’Ecole nationale d’ingénieurs en génie chimique de Toulouse. Il intègre la filiale d’ingénierie de COGEMA (SGN) en 1992 NC comme responsable de la production de l’atelier R2 de La Hague puis, en 2003, Marcoule comme chef des installations Dégainage, alors en pleine période de démantèlement, puis responsable de STEL où il procède au démarrage de la reprise des fûts de bitume. Il intègre le département des projets d’assainissement démantèlement du CEA/DEN début 2012 comme chef du projet de démantè- lement de l’usine UP1. Yves Soulabaille est diplômé du Conservatoire national des arts et métiers. Il a commencé sa carrière dans le domaine de la fusion thermonucléaire en travail- lant sur le contrôle/commande du circuit réfrigéré et du champ poloïdal de Tore Supra, puis a rejoint en 1992 le service de robotique à Fontenay-aux-Roses. En robotique et à la téléopération dans le domaine du démantèlement. au chef de laboratoire puis depuis 2012 à Marcoule en tant que chef du Labora- toire de la simulation et des techniques de démantèlement et également en tant que chef de projet sur les moyens d’intervention en milieu hostile.