Une équipe de recherche sud-coréenne évalue le risque de rupture des canalisations des centrales nucléaires par analyse probabiliste

Des chercheurs de l'Université nationale des sciences et technologies de Séoul (Seoul National University of Science and Technology) ont récemment proposé une méthode d'analyse de sensibilité basée sur la mécanique de la rupture probabiliste pour évaluer la fréquence de rupture des systèmes de canalisation du caloporteur principal des centrales nucléaires. Cette méthode permet d'analyser l'influence des incertitudes et des hypothèses de modélisation sur les résultats de prédiction, aidant les ingénieurs à distinguer les événements à très faible probabilité des scénarios de défaillance relativement plus probables.

Dans les centrales nucléaires, le système de canalisation du caloporteur principal joue un rôle essentiel dans le maintien de l'intégrité structurelle du réacteur dans les conditions normales de fonctionnement. En cas de rupture de canalisation, un accident de perte de caloporteur peut survenir, ce qui explique pourquoi ce système est depuis longtemps intégré au champ prioritaire de la conception et de l'évaluation de la sûreté des centrales nucléaires. Dans la conception traditionnelle, la rupture doublement débattue de la canalisation principale de plus grand diamètre est généralement considérée comme un accident de dimensionnement critique, mais la probabilité d'occurrence de ce type d'accident à grande ouverture est extrêmement faible. En évaluant la fréquence des différents scénarios de rupture, les ingénieurs peuvent déterminer plus précisément le risque réel et optimiser l'allocation des ressources de sûreté.

Auparavant, l'industrie utilisait principalement la méthode déterministe dite « fuite avant rupture » (LBB) ainsi que des méthodes statistiques basées sur l'expérience d'exploitation pour évaluer la fréquence de rupture des canalisations. Cependant, ces méthodes peinent à refléter pleinement les mécanismes de dégradation et à quantifier l'influence de paramètres individuels sur les résultats.

Pour combler ces lacunes, l'équipe du professeur Nam-Su Huh du Département de génie des systèmes mécaniques de l'Université nationale des sciences et technologies de Séoul a adopté la méthode de la mécanique de la rupture probabiliste pour étudier le comportement à la rupture des systèmes de canalisations des centrales nucléaires sud-coréennes. M. Huh a indiqué que la mécanique de la rupture probabiliste permet d'estimer la fréquence de rupture des canalisations en tenant compte de la stochasticité du comportement des matériaux, de la dégradation au fil du temps, des conditions de chargement et de l'efficacité des contrôles. Les résultats de ces travaux ont été publiés en ligne le 1er juillet 2026 et paraîtront dans le volume 197, partie B, de la revue Engineering Failure Analysis, daté du 1er novembre 2026.

L'équipe de recherche a utilisé le programme à très faible probabilité de rupture (xLPR) pour réaliser l'évaluation et a sélectionné deux systèmes de canalisations certifiés LBB dans une centrale nucléaire sud-coréenne comme objets d'étude, à savoir la canalisation SC et la buse d'amortissement. Les chercheurs ont d'abord établi un scénario de référence avec des paramètres fixes, servant de référence pour l'analyse de sensibilité, et ont simulé une période d'exploitation de 80 ans de la centrale, en définissant la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) comme unique mécanisme de dégradation.

Sur cette base, l'équipe a ensuite analysé l'influence de facteurs tels que les contraintes résiduelles de soudage (WRS), la vitesse de propagation des fissures (CGR), la réparation par rechargement de soudure (WOL) et les performances des contrôles sur la fréquence de rupture prédite. Les résultats montrent que l'influence des différents paramètres sur la fréquence de rupture présente des différences marquées. Parmi eux, les contraintes résiduelles de soudage constituent le paramètre le plus influent ; lorsque la courbe WRS au 95e percentile est utilisée, la fréquence de rupture prédite de la canalisation SC est significativement réduite par rapport au scénario de référence. La vitesse de propagation des fissures a également une influence importante sur les résultats.

L'étude montre également que, dans tous les scénarios analysés, aucune rupture n'a été observée sur la buse d'amortissement ; dans l'analyse de réparation par rechargement de soudure, aucun des deux types de systèmes de canalisations n'a non plus présenté de rupture. Les inspections périodiques permettent de réduire la fréquence de rupture prédite de plusieurs ordres de grandeur, démontrant le rôle important des mesures de contrôle dans la gestion des risques.

M. Huh a indiqué que le cadre probabiliste aide les ingénieurs à identifier les facteurs clés déterminant le comportement de défaillance prédit, offrant ainsi une base technique plus fiable pour la conception et l'évaluation de la sûreté des centrales nucléaires. À long terme, cette recherche peut soutenir des approches basées sur le risque pour la maintenance et la gestion de la sûreté des centrales nucléaires anciennes en exploitation et des nouvelles centrales.