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 Près de la moitié des réacteurs nucléaires sont menacés par un phénomène d’usure des gaines de combustibles, selon un document interne à EDF que s’est procuré Mediapart. L’électricien s’est lancé dans un véritable bras de fer avec l’Agence de sûreté nucléaire sur le sujet.

Près de la moitié des réacteurs nucléaires en France sont menacés par un phénomène d’usure qui touche des gaines de combustibles, victimes de corrosion à force d’usage, selon un document interne à EDF que s’est procuré Mediapart. L’Autorité de sûreté du nucléaire (ASN) envisage des mesures de restriction d’exploitation pour prévenir les risques de rupture de ces enveloppes métalliques. Leur tenue est essentielle au bon fonctionnement des centrales atomiques car les gaines de combustibles assurent la première barrière de sûreté du système. Mais ces dispositions sont contestées par le groupe qui les juge trop contraignantes. L’ASN doit rendre un avis sur ce sujet dans les jours à venir.

Le document qui nous est parvenu, de provenance anonyme, est un bordereau de suivi des alertes techniques du parc nucléaire, préparé par l’unité d’ingénierie d’exploitation (UNIE) de la division production nucléaire (DPN) de l’électricien. Il porte sur la semaine s’achevant le 13 décembre 2013 (voir ci-dessous).

À partir de la page 7, on peut y lire plusieurs paragraphes consacrés à un problème de corrosion sur le gainage en Zircaloy, un alliage métallique à base de zirconium présent dans 25 réacteurs du parc national – qui en compte 58 en tout, répartis entre 19 centrales. Ce matériau est présenté comme « plus sensible à la corrosion » que des produits plus récents, également utilisés dans les centrales françaises. Il fait donc l’objet d’une surveillance particulière, guidée par les modèles qu’ont établis les experts en sûreté nucléaire. Concrètement, sont concernées 13 tranches de 1 300 mégawatts (MW), parmi les plus puissantes, et 12 de 900 MW, parmi les plus anciennes.

Constituées de métal, les gaines des combustibles se corrodent sous l’action de l’eau qui baigne le cœur du réacteur, chauffe à son contact et actionne par vapeur les turbines qui produisent l’électricité.

Le problème, c’est que l’exploitant a découvert que la corrosion s’étendait sur des épaisseurs plus profondes que prévu sur certaines gaines. Si bien qu’il a dû modifier son modèle de référence. Mais ces nouvelles mesures sont rejetées par l’ASN qui considère qu’elles ne sont « pas acceptables », comme on peut le lire dans ce document. En conséquence, l’autorité « envisage la mise en place de « restrictions d’exploitation sur le combustible » afin d’en limiter l’irradiation, et ainsi réduire l’épaisseur de corrosion maximale du gainage ».

Autrement dit, elle pourrait demander par précaution à EDF d’utiliser moins longtemps ses combustibles et de les remplacer plus souvent par du matériel neuf. Soit exactement l’inverse de ce que fait aujourd’hui l’électricien, qui rallonge les durées d’utilisation des combustibles, de plus en plus chargés en uranium 235, pour accroître sa production nucléaire.

« Sur le fil du rasoir »

Un bras de fer commence, et l’on en découvre toute l’intensité au fil des paragraphes. EDF propose d’élever le seuil maximal de corrosion à 108 microns, soit 0,108 millimètre. Une broutille ? Pas vraiment : les gaines concernées ne mesurent pas plus de 0,57 millimètre, soit à peine cinq fois plus que l’épaisseur corrodée. « C’est beaucoup, ça pose problème. Cela signifie qu’entre un cinquième et un sixième de la gaine est partie », analyse la physicienne Monique Sené, fondatrice du Groupement de scientifiques pour l’information sur l’énergie nucléaire (GSIEN).

Mais de son côté, l’ASN envisage d’imposer une restriction plus drastique de 0,1 millimètre. Une perspective rejetée par EDF, qui l’exprime sans fard, « cette valeur étant la valeur repère historique sans lien avec une quelconque justification physique ». Surtout, une telle limite entraînerait « une réduction drastique des longueurs de campagne », c’est-à-dire des durées d’utilisation des combustibles, dans les 13 réacteurs de 1 300 MW. Le groupe risque donc de devoir revoir de fond en comble sa gestion des combustibles d’uranium, au prix de substantielles dépenses supplémentaires.

Habituellement, un crayon de combustible reste quatre ans dans un réacteur, ce qui correspond à trois « cycles » selon la typologie d’EDF. Ils en sont ensuite extraits, lors d’arrêts de maintenance, pour être renvoyés en traitement à l’usine Areva de La Hague. Dans le cœur des réacteurs, assemblages neufs et plus anciens sont mélangés, selon de savants calculs neutroniques (voir ci-dessous des exemples de ces « gestions »). Plus longtemps les combustibles sont utilisés, moins souvent il faut les changer, et donc arrêter les réacteurs. C’est une mesure d’économie budgétaire.

Mais ce n’est pas tout. Car en cas d’accident, la corrosion des gaines pourrait aggraver la situation. En temps normal, les réacteurs nucléaires sont contrôlés par des barres de commande. Elles en déterminent la puissance en se levant ou s’abaissant dans la machine. Si l’une d’entre elles s’éjecte brutalement sous l’effet d’une trop grande pression du système, c’est le début d’un accident potentiellement très grave – il ne s’en est jamais produit de tel jusqu’ici en France. La température intérieure du réacteur augmente alors beaucoup et très vite. Les crayons de combustibles sont soumis à un traitement de choc et peuvent se déformer. Les gaines corrodées risqueraient de rompre dès 0,08 millimètre (80 microns) de corrosion, alerte l’ASN, pour qui au-delà, « la démonstration de sûreté de la tenue du crayon en éjection de grappe n’est plus établie ».

Mais là encore, EDF fait de la résistance et considère que « la valeur de 80 microns étant atteinte durant la seconde partie du cycle (entre 60 et 80 % de la longueur naturelle de campagne), cette limite ne peut pas devenir une contrainte sur la longueur de campagne ». Autrement dit : puisque l’on sait que la corrosion atteint cette épaisseur avant la fin de la durée prévue d’utilisation, on ne peut pas s’interdire de franchir ce seuil. En réponse, l’ASN réclame à EDF une démonstration de sûreté « acceptable ». Et pourrait accepter un fonctionnement ralenti, « en base », c’est-à-dire sans modifier la puissance du réacteur, lors du deuxième cycle d’utilisation des combustibles. « C’est un fonctionnement sur le fil du rasoir, analyse Monique Sené, en cas d’accident et d’éjection de grappes, il n’y a pas de marge de manœuvre. C’est embêtant de fonctionner sans filet. » On nage en pleine zone grise.

L’ASN doit rendre son avis sur ce sujet controversé dans les jours qui viennent. Mais le problème pourrait durer cinq à six années supplémentaires, jusqu’en 2019 ou en 2020, date à laquelle tout le stock de gaines en Zircaloy devrait être écoulé. « Le cœur de la discussion actuellement, c’est de déterminer quelle épaisseur de corrosion est tolérable, explique à Mediapart Thomas Houdré, directeur du contrôle des centrales nucléaires à l’ASN ; « on examine techniquement ce sujet, qui n’est pas totalement trivial. C’est compliqué ».

Plus précisément, les discussions « portent sur le fait de mettre en place des mesures compensatoires par rapport à une situation où l’on aurait des doutes sur l’acceptabilité de la corrosion. Ce n’est pas totalement évident ». Plusieurs pistes sont étudiées : modifier les assemblages de combustibles, bloquer la puissance des réacteurs, et donc la quantité d’électricité nucléaire produite, retirer toutes les gaines en Zircaloy du parc. Cette dernière option entraînerait mécaniquement l’arrêt de tous les réacteurs concernés, le temps d’en changer les crayons d’uranium. Il faudrait aussi trouver de nouvelles solutions pour le stockage et le traitement des assemblages corrodés. Impossible de changer ni de réparer les gaines de combustibles, beaucoup trop radioactives pour être approchées. Il faut tout garder ou tout changer.

« Remettre en cause la démonstration de sûreté »

Ce problème fait l’objet de discussions serrées entre EDF, l’ASN et son réseau d’experts de l’IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire) depuis une quinzaine d’années. Le développement de la corrosion du Zircaloy a été modélisé, et un programme expérimental a même été établi pour disposer d’un outil de simulation de l’endommagement des gaines en cas d’éjection de grappes. Le zirconium est prisé des fabricants de composants nucléaires car il absorbe très peu les neutrons et facilite ainsi le processus de réactions en chaîne. Son défaut est de se corroder plus vite.

Dans le passé, l’IRSN a estimé que les épaisseurs maximales de corrosion étaient sous-évaluées par EDF. En 2011, il constate ainsi dans un rapport (à lire ici) que les épaisseurs d’oxyde maximales calculées atteignent 115 microns, soit 0,115 millimètre. C’est-à-dire plus encore que le seuil maximal qu’EDF tente aujourd’hui de faire accepter. Ces épaisseurs dépassent les critères de conception retenus jusqu’alors par EDF, et « pourraient remettre en cause la démonstration de sûreté » (voir ce document, p. 2). Quand les experts ont analysé 2 800 assemblages de combustibles déchargés des tranches du parc, 119 étaient « inétanches ». En juin 2011, deux mois après l’accident de Fukushima, ces études sont relancées à partir du retour d’expérience de l’usage des combustibles entre 2003 et 2009. La nouveauté aujourd’hui, ce sont les mesures récentes révélant un processus de corrosion plus important que prévu.

Alors qu’EDF fait pression sur l’exécutif pour obtenir l’allongement de la durée de vie des centrales nucléaires au-delà de 40 ans, ces révélations sur l’usure des gaines de combustibles glissent de nouveaux cailloux dans les souliers de l’électricien. Au fil des ans, le matériel s’use, et laisse fuiter des radioéléments à l’intérieur et à l’extérieur du bâtiment du réacteur. Pourtant, en théorie, les gaines de combustibles doivent être aussi infranchissables que la muraille de Chine. Elles assurent la première barrière de sûreté, destinée à empêcher la diffusion d’éléments radioactifs en dehors du réacteur. Dans les faits, des cas de rupture de gaine ont déjà été observés, notamment à la centrale de Cattenom (Lorraine). Au fil du temps, un taux de rupture de gaine entre 1 et 2 % a été admis.

« Piloter un réacteur n’a rien de simple, il faut tenir compte de toutes les corrosions », explique la physicienne Monique Sené. Si une gaine rompt, des produits radioactifs se répandent dans le circuit primaire du réacteur. « Il est épuré sans arrêt mais il n’est pas possible de retenir les produits gazeux », précise-t-elle. À force, des tuyauteries et même des parties du bâtiment réacteur peuvent être contaminées. Les personnels se retrouvent exposés à des risques de radioprotection, surtout lors des opérations de maintenance, les plus dangereuses.

Pour EDF, « on ne peut pas parler de bras de fer avec l’ASN, il s’agit d’un dossier technique qui fait l’objet d’échanges de travail ». Mais le groupe reconnaît que « la question de la corrosion de certaines gaines est en cours de discussion ».

Loin d’être anecdotique, le problème d’usure des gaines se loge au cœur du dilemme actuel d’EDF, tiraillé entre les exigences de sûreté et ses impératifs économiques. Compte tenu de l’important nombre de tranches concernées (25), la gestion de ce problème aura forcément un impact sur le fonctionnement du parc, et donc sur la quantité d’électricité nucléaire produite.

La boîte noire :Ce document de 9 pages, recto verso, m’est parvenu par courrier, de provenance anonyme, il y a environ trois semaines. J’ai d’abord contacté l’ASN de façon à l’authentifier, puis l’ai fait analyser par plusieurs experts en sûreté nucléaire, avant de solliciter EDF. Merci à Arthur Pivin pour son travail de recherche documentaire.