Présentation
Auteur(s)
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Francis NORDMANN : Direction technique du Groupe des laboratoires d’Électricité de France
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Gérard PINARD LEGRY : Département d’Études du comportement des matériaux du Commissariat à l’Énergie Atomique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Quels que soient les avantages qu’elle peut présenter, la production d’électricité à partir de l’énergie nucléaire se doit de rester compétitive par rapport aux autres sources d’énergie en garantissant un niveau de sécurité élevé et un prix de revient faible. La bonne tenue à la corrosion des matériaux est un des facteurs clés pour ces deux enjeux. Le premier point exige de pouvoir assurer l’intégrité des matériaux de structure tout au long de la vie du réacteur en limitant les dégradations et les conséquences du vieillissement sous l’effet de la température, du rayonnement et de l’environnement chimique. La sûreté des réacteurs à eau sous pression (REP) est en effet basée sur le principe d’une triple barrière autour du combustible nucléaire : la gaine, la paroi du circuit primaire et l’enceinte de confinement. Le coût de production quant à lui dépend aussi directement de la bonne tenue des matériaux en permettant un taux de disponibilité maximal et une diminution des coûts de maintenance associés aux contrôles en service et aux interventions pour réparer d’éventuels dommages.
Dans sa définition normalisée (NF EN ISO 8044), la corrosion désigne les processus d’interactions physico‐chimiques intervenant entre un métal et son environnement et conduisant à une dégradation de la fonction du métal, du milieu environnant ou du système technique dont ils font partie. En d’autres termes, c’est dire que la résistance à la corrosion n’est pas une propriété intrinsèque d’un matériau mais qu’elle dépend essentiellement du milieu environnant. La maîtrise des problèmes de corrosion passera donc tant par un choix judicieux des matériaux que par un contrôle rigoureux de la composition chimique des milieux. C’est ce qui justifie l’association, dans une même présentation, de la corrosion et de la chimie de l’eau.
Le lecteur pourra consulter utilement les articles spécialisés du traité Métallurgie ainsi que dans ce traité, les articles décrivant la technologie des réacteurs à eau pressurisée et la rubrique « Structure des réacteurs nucléaires ».
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Corrosion1. Rappel des propriétés physico‐chimiques de l’eau
Dans les REP, l’eau est utilisée en tant que modérateur et caloporteur dans le circuit primaire et dans le circuit secondaire comme fluide thermodynamique pour transformer la chaleur en énergie mécanique au moyen d’un cycle de Carnot mettant en jeu le liquide et sa vapeur. Les performances de la machine thermique ainsi constituée vont dépendre essentiellement des propriétés physiques de l’eau. Néanmoins, les propriétés physico‐chimiques vont directement intervenir dans les processus de corrosion et, de ce fait, il est nécessaire de bien les caractériser dans les conditions de fonctionnement des REP, c’est-à‐dire à des températures atteignant 325 oC et des pressions de l’ordre de 150 bar (la température critique de l’eau est de 375 oC).
1.1 Dissociation, pH
On peut rappeler que l’eau est un électrolyte faiblement dissocié donnant naissance à des protons solvatés et des ions hydroxyl. La constante de dissociation de l’eau pure et utilisable pour les solutions diluées s’écrit sous la forme :
avec
et
les activités (assimilables ici aux concentrations) des ions H+ et OH–.
Cette constante de dissociation, qui caractérise l’équilibre d’acido‐basicité de l’eau, varie avec la température en présentant une valeur maximale vers 250 oC. De ce fait, le pH de l’eau pure (qui par définition est celui de la neutralité puisque
) passe par un minimum (pH = 5,6), à la même température. Le pH joue un rôle prépondérant dans tous les processus de corrosion et dans tous les équilibres de solubilité des espèces chimiques. Il varie en fonction de la température selon les espèces en présence (figure ...
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