RISQUE SISMIQUE ET CONCEPTION DES INSTALLATIONS …

RISQUE SISMIQUE ET CONCEPTION DES

INSTALLATIONS NUCLÉAIRES

SFEN / SUD-CorseAix en Provence24 janvier 2019

Emmanuel [email protected]

2 / 46Le risque sismique en France et dans le monde et la conception des installations électronucléaires / SFEN SUD-Corse / 24-01-2019

Préambule

Le contexte du génie parasismique�Multidisciplinaire�Sciences de la terre

�Ingénierie (GC, mécanique, électrique …)

�Analyses systèmes / process

� Caractérisé par une variabilité significative�Aléatoire

�Et des incertitudes épistémiques (manque de connaissances)

L’objectif de la présentation�Décrire les étapes de la démarche de conception des centrales nucléaires�En identifiant les éléments « clé »

�Sans (trop) entrer dans le détail

�Laisser une part significative au débat� Questions générales et plus précises


Plan de la présentation

Introduction�Les phénomènes sismiques

�La réglementation parasismique en France

�Les centrales nucléaires françaises

La démarche de conception parasismiques des centrales nucléaires�Démarche de sûreté

�Evaluation de l’aléa sismique

�La conception des structures et des équipements

Les réexamens périodiques de sûreté�Le processus

�Les impacts potentiels

�Les méthodes d’ingénierie

Panorama international�EPRI, AIEA, OCDE

Synthèse, conclusions et perspectives

� Cf. annexe















Introduction

L’origine du phénomène sismique : La dérive des continents et la tectonique des plaques (Alfred Wegener, 1912)

� Ordres degrandeur desmouvements�Jusqu’à 1 m/an en profondeur (convection)

�Jusqu’à ~10cm/an en surface (< 1 mm / an en France)

�On distingue les séismes inter-plaques et les séismes intra-plaque


Introduction

Le mouvement sismique : de la faille à la structure�Le mouvement à la faille

(taille, glissement …)� La magnitude ~ Energie libérée�Intrinsèque à un événement

�La propagation des ondes (dépend des caractéristiquesdu milieu)�Ondes de volume : P et S�NB : Ondes de surfaces

�Les effets sur les structures�L’intensité macrosismique ~ effets

et dommages aux constructions�Dépend de la distance à l’épicentre

�Dépend du type de structure

�Est une grandeur statistique

� Cf. annexe


Introduction

La réglementation parasismique en France� Risque normal / Risque spécial (ICPE, barrage) / Nucléaire

�Les réacteurs nucléaires en France�Filière REP (Réacteur à Eau sous Pression) lancée au milieu des années 70

�Approche « palier »�Palier 900 MWe (3 boucles) ; Palier 1300 MWe (4 boucles) ; Palier N4 1450 MWe (4

boucles) ; EPR 1600 MWe (4 boucles)� Cf. annexe















Démarche de conception parasismiques des centrales nucléaires

L’analyse de sûreté�Objectifs généraux de sûreté (couvrent l’ensemble du cycle de vie du réacteur)

�Réduire les doses reçues par les travailleurs et les rejets dans l’environnement

�Prévenir les incidents et accidents en fonctionnement normal

�Gérer les accidents sans et avec fusion du cœur

�Objectifs spécifiques pour la protection vis-à-vis des agressions externes �En particulier, les agressions externes de référence ne doivent pas entraîner d’accident

avec fusion du cœur ou de combustible

�L’analyse conduit à définir une Liste de Structures, Systèmes et Composants (SSCs) dits « Importants pour la Protection »

Démarche de conception�Démarche générale basée sur une approche déterministe (séisme : cas de charge)�Evaluation de l’aléa sismique


�Mise en œuvre dès la conception du Parc électronucléaire français



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01�A remplacé la précédente RFS diffusée en 1981

�Principe : Approche déterministe�Objectif�Définir une méthode acceptable pour la détermination des

mouvements sismiques qui doivent être pris en compte pour la conception de l'installation à l'égard du risque sismique�NB : Respecter une RFS permet d’atteindre de fait l’objectif

de sûreté visé

�Principales étapes�1/4 - Etude de la sismicité

�2/4 - Détermination des zones sismotectoniques

�3/4 - Détermination des séismes à retenir

�4/4 - Calcul du mouvement sismique



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01�Mise en œuvre�1/4 - Etude de la sismicité�Collecte et analyse de la sismicité�Sismicité historique … complétée par la sismicité instrumentale … voire la paléosismicité



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01

�Mise en œuvre�1/4 - Etude de la sismicité

�Etude de la sismicité

�Sismicité historique : La base SisFrance

�Collecte l’ensemble des informations desismicité historique en France

• Et donne accès aux données « brutes »

�Caractérise les intensités épicentrales et l’intensité associée à chaque observation (et les cartes d’isoséistes)

�Permet d’estimer les magnitudes et profondeurdes séismes historiques

?

� Cf. annexe



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01�Mise en œuvre�2/4 - Détermination des zones sismotectoniques�Les zones sismotectoniques sont des volumes de la

croûte terrestre homogènes du point de vue de leur potentiel sismogénique

�L'objectif est de caractériser chaque zone par sa géométrie et la sismicité qui s'y produit

�La caractérisation des zones tient compte de toutesles données géologiques, géophysiques et sismiques disponibles

Site

Différentes zones autour du site

Principe

Illustration



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01

�Mise en œuvre�3/4 - Détermination des séismes à retenir : SMHV et SMS

�SMHV : Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable

�Le (ou les) séisme(s) susceptibles de produire sur le site les effets les plus importants en termes d'intensité macrosismique

�On postule qu'un séisme qui s'est produit en un point d'une zone sismotectonique peut se produire en tout point de celle-ci

�On détermine ainsi sur le site une intensité ISMHV

�En pratique : SMHV caractérisé par un couple Magnitude/Distance (M, D)

�SMS : Séisme Majoré de Sécurité

�Déduit du SMHV par la relation suivante : I SMS = ISMHV + 1

�En pratique : MSMS = MSMHV + 0.5�SMS = Majoration prudente pour couvrir les incertitudes

�NB : Complété par le paléoséisme et le séisme minimal forfaitaire (0.1 g)

I1 épic.

I2 épic.

I3 épic.

I4 épic.

Site considéré

I1 épic.

I2 site

I3 site

I4 site


1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02

Pse

udo

-acc

eler

atio

n (g

)

Frequency (Hz)

RFS 2001-01 (Rock) M=5.5, D=7km

RFS 2001-01 (soil) M=6.5, D=15km

RFS 2001-01 (Soil) M=7.5, D=40km


L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01�Mise en œuvre�4/4 - Calcul du mouvement sismique�Utilisation de base de données de mouvements forts

(enregistrements)

�Détermination d’une relation d’atténuation (empirique)

�Ex:

�Calcul du spectre de réponse du SMS à partir de ses caractéristiques M et D

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Mag

nitu

de

Distance (km)

Distance-Magnitude



L’évaluation de l’aléa sismique : La RFS 2001-01�Cas particulier : Effets de site�Effet géotechnique ou topographique local

pouvant affecter significativement l’amplitudedu mouvement sismique

�A analyser au cas par cas, selon profil de vitesses des couches superficielles du site ou dans des contextes topographiques particuliers



L’évaluation de l’aléa sismique : Approches probabilistes (hors RFS)�Contexte : tendance internationale à la généralisation�Ex : Zonage sismique de la France pour le risque normal, programmes SHARE, GEM …

�Objectif : Déterminer la probabilité annuelle de dépassement d’un niveau sismique donné

�Principe�Mêmes étapes que pour l’approche déterministe mais en propageant les incertitudes�Incertitudes épistémiques et aléatoire

�Et en caractérisant le taux d’occurrence des séismes dans chaque zone�Différents zonages Taux d’occurrence Différentes relations d’atténuation

possibles des séismes / zone possibles


1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

Taux

ann

uel d

e dé

pass

emen

t

Accélération (cm/s2)

Taux dép med

Taux dep p15

Taux dép p85


L’évaluation de l’aléa sismique : Approches probabilistes (hors RFS)�Mise en œuvre�Propagation des incertitudes « épistémiques »�A toutes les étapes via des « arbres logiques »

�Pris en compte de l’occurrence des séismes et de la variabilité du mouvement

�Résultat : « courbe d’aléa »�Et un spectre si besoin

�Permet adapter le niveau à l’enjeux

Risque normal

Risque spécial

Nucléaire



La conception des structures et équipements�Conception Palier�Choix d’EDF « Maître d’Ouvrage »�Concevoir des réacteurs identiques (Structures, Systèmes et Composants) permettant de

tirer profit de l’effet de série à la conception (études, construction) mais aussi en exploitation (partage du retour d’expérience …)

� Vis-à-vis du séisme�Définition de niveau sismique « palier » (enveloppe des SMS des sites du palier)�Définition du SDD « Séisme (ou Spectre) De Dimensionnement » palier

�Complété par une gamme de sol « palier »

�Application�Parc en exploitation (paliers 900 MWe, 1300 MWe, N4) : Sols mous, moyen et durs + SDD

calé à 0,15/0.2g (accélération maximale du sol)

�EPR : Sols mous, moyen et durs + Spectre « EUR (European Utility Requirements) » calé à 0.25g (pour couvrir des sites à l’export)



La conception des structures de GC : Guide ASN/2/01�A remplacé la précédente RFS diffusée en 1985

�Objectif�Définir les principes de conception parasismique des ouvrages de

génie civil, ainsi que des méthodes acceptables pour :�déterminer la réponse sismique de ces ouvrages et l’évaluation des

sollicitations associées pour leur dimensionnement,

�déterminer le mouvement sismique à retenir pour le dimensionnement des matériels

�Principales étapes�Principes de conception

�Mouvements sismiques de dimensionnement

�Principes de modélisation�Modélisation des ouvrages

�Prise en compte de l’interaction sol structure

� Méthodes de calcul

� Cf. annexe



La conception des structures de GC : Guide ASN/2/01�Mise en œuvre�Les modèles et méthodes numériques�Modèles aux éléments-finis adaptés à la complexité des ouvrages

�Méthodes à adapter selon l’ouvrage, ses exigences et le type de résultats attendus

Action

Structure

Linéaire

Non-linéaire

Statique Dynamique

Méthodepseudo-statique

Méthode spectraleMéthode transitoire

Push-over Méthode transitoire



La conception des structures de GC : Guide ASN/2/01�Mise en œuvre�Interaction sol-structure�Extrait du guide ASN :

�Les méthodes disponibles�Ressorts de sol : Simplification Eléments frontières Modélisations 3D

(analyse modale ou transitore) (analyse fréquentiel (sol + structure)par sous-structuration)

P(t) m

Half Space

P(t) m



La conception des structures de GC�Mise en œuvre�Dimensionnement des ouvrages : RCC-CW�Historique :�A la conception du Parc français : RCC-G�La conception due l’EPR : ETC-C�Les futures conceptions : RCC-CW

�NB : Comparaison aux règles de conception du bâti courant�Bâti courant : le comportement non-linéaire sous séisme est pris en compte par

l’intermédiaire des coefficients de comportement , “q” �Résultat du calcul en élasticité divisé par le coefficient de comportement�Valeur d’effort à retenir pour vérifier l’ouvrage (Eurocode 8)

�Pour des portiques en béton armé, q = environ 3

�Pratique nucléaire�q = 1�Marges très importantes dans la pratique nucléaire



La conception des structures de GC : Guide ASN/2/01�Mise en œuvre�Mouvements sismiques transférés : Spectres de plancher�Réponse sismique du bâtiment, tenant compte de l’ISS�Fourniture des données d’entrées pour la conception des systèmes et équipements

0,01

0,1

1

10

0,1 1 10 100Fréquence [Hz]

Pse

udo-

accé

léra

tion

[g]

Palier : EPR

Spectre Horizontal Niveau : -11,6 m

Bâtiment : BR Structures internes

Fréq . [Hz]

Amort. 0 ,5%

A mort . 2%

Amort. 4%

Amort. 7%

Amort. 10%

Amort. 30%

0,2 0 ,04 0,03 0 ,02 0,02 0,02 0,020,85 1 ,01 0,70 0 ,54 0,43 0,35 0,181,15 1 ,78 1,13 0 ,78 0,55 0,45 0,252,5 3 ,53 2,18 1 ,47 1,00 0,79 0,403,45 4 ,32 2,18 1 ,47 1,00 0,84 0,497,5 4 ,32 2,18 1 ,47 1,00 0,84 0,4912,4 3 ,43 1,60 1 ,04 0,87 0,74 0,4929,2 1 ,18 0,67 0 ,52 0,43 0,40 0,3850 0 ,37 0,37 0 ,37 0,37 0,37 0,37

Accé lération [g]

0,01

0,1

1

10


Pse

udo-

accé

léra

tion

[g]

Palier : EPR

Spectre Horizontal Niveau : +14,7 m


Fréq . [Hz]

Amort. 0 ,5%

A mort . 2%

Amort. 4%

Amort. 7%

Amort. 10%

Amort. 30%

0,2 0 ,03 0,02 0 ,02 0,02 0,02 0,020,25 0 ,06 0,04 0 ,04 0,03 0,03 0,030,85 1 ,12 0,76 0 ,58 0,45 0,37 0,211,15 2 ,28 1,44 0 ,98 0,69 0,56 0,303,225 9 ,63 4,93 3 ,23 2,23 1,75 0,876,25 9 ,63 4,93 3 ,23 2,23 1,75 0,87

8 3 ,01 1,57 1 ,30 1,12 0,99 0,7312,6 3 ,01 1,57 1 ,12 0,92 0,82 0,6650 0 ,59 0,59 0 ,59 0,59 0,59 0,59

Accé lération [g]

0,01

0,1

1

10


Pse

udo-

accé

léra

tion

[g]

Palier : EPR

Spectre Horizontal Niveau : +1,5 m


Fréq . [Hz]

Amort. 0 ,5%

A mort . 2%

Amort. 4%

Amort. 7%

Amort. 10%

Amort. 30%

0,2 0 ,04 0,03 0 ,02 0,02 0,02 0,020,85 1 ,07 0,73 0 ,56 0,44 0,36 0,191,15 2 ,02 1,28 0 ,88 0,62 0,50 0,273,075 5 ,67 3,30 2 ,14 1,48 1,15 0,573,45 6 ,66 3,30 2 ,14 1,48 1,15 0,607,5 5 ,52 2,48 1 ,65 1,29 1,07 0,6013 5 ,52 2,48 1 ,65 1,29 1,07 0,60

30,4 1 ,70 0,95 0 ,75 0,65 0,60 0,6050 0 ,46 0,46 0 ,46 0,46 0,46 0,46

Accé lération [g]



La conception des équipements (mécaniques et électriques)�Mise en œuvre�Dimensionnement par le calcul (cas général des matériels mécaniques)�Méthodes variables et adaptées aux structures et objectifs visés

Action

Structure

Linéaire

Non-linéaire

Statique Dynamique

Méthodepseudo-statique

Méthode spectraleMéthode transitoire

Push-over Méthode transitoire

� Cf. annexe



La conception des équipements (mécaniques et électriques)�Mise en œuvre�Dimensionnement par essais (cas général des matériels « actifs »)�S’appuie sur des procédures et protocole d’essais spécifiques

�NB : La R&D nucléaire s’appuient souvent sur les moyens d’essais expérimentaux (tables vibrantes) pour développer et valider les méthodologies�Ex : Table vibrante AZALEE du CEA (Saclay)



Cas particulier d’une installation sur appuis parasismiques�Dans certains cas, le Maître d’Ouvrage peut décider de concevoir son installation

sur appuis parasismiques�Principe�Placer un système d’isolation au niveau de la fondation de l’ouvrage (ou sous la structure ou

l’équipement à isoler) pour décaler sa fréquence propre (basse fréquence) et l’écarter de la gamme de fréquences excitées par le séisme�Gamme de fréquence typique visée : 0.5 à 1 Hz

0.01

0.10

1.00

0.1 1.0 10.0 100.0Fréquence (Hz)

PS

A (

g)

Frequency (or period)

Pseu

do-

acce

lera

tion

Technologie « française » : -> Appuis en élastomère fretté

(association par adhérisation de tôles d'acieret de caoutchouc naturel ou de polychloroprène)



Cas d’une installation sur appuis parasismiques�Exemple de la centrale Cruas-Meysse

Autres réalisations nucléaires�Centrale nucléaire de Koeberg

� Technologie française

�Usine d’enrichissement Georges Besse II (Tricastin, Areva)

�Réacteur de recherche Jules Horowitz (Cadarache, CEA)

� ITER (Cadarache)

�GEN 4 - Projet ASTRID (Marcoule, CEA)

Raison de ce choix : SMS du site > SDD palier=> Mise sur appui parasismique sans remise en cause du design palier















Les réexamens périodiques de sûreté

Le processus�Objectif�Vise à apprécier la sûreté de l’installation et à l’améliorer au regard

� de l’évolution des règles et connaissances

� du retour d’expérience d’exploitation de l’installation et du retour d’expérience d’autres installations nucléaires en France et à l’étranger

�Fréquence�Tous les dix ans

�Champ de couverture�Potentiellement tous les thèmes liés à la démonstration de sûreté

�A définir à chaque réexamen, cadrage soumis à la validation de l’ASN

Les méthodes d’ingénierie�Principes et objectifs�Prendre en compte l’évolution de l’état de l’art� Références possibles : AIEA, EPRI (GIP, SMA) …

� En justifiant leur applicabilité et leur pertinence vis-à-vis du contexte français

Exemple : Réévaluation sismique de Bugey en VD3 900 � Cf. annexe



Prise en compte du REX international : Exemple de l’accident de Fukushima Daiichi�Contexte�Stress-tests définis par la Commission Européenne déclinés dans les évaluations

complémentaires de sûreté en France

�Objectifs�Réinterroger les hypothèses, les marges et les incertitudes vis-à-vis des agressions

externes naturelles

�Améliorer significativement la robustesse des installations vis à vis des agressions externes extrêmes (dont le séisme)

�Moyens�Des mesures mise en œuvre pour palier à des situations hypothétiques�Perte complète des sources d’alimentation électriques et de refroidissement�Mise en place d’une Force d’Action Rapide Nucléaire�Conception et réalisation de moyens ultimes de secours et de gestion de crise



Prise en compte du REX international : Exemple de Fukushima�Les principales évolutions vis-à-vis du risque sismique�Prise en compte d’un Séisme « Noyau Dur » : SND�Couvre :�un mouvement déterministe : SMS x 1.5�un mouvement probabiliste : 20 000 ans de période de retour

�Quelques exemples de réalisations

Appoint en eau ultime conçu pour résister

au SNDNouveau Centre de Crise

Local conçu pour résister au SND Réserve d’eau

complémentaire sur site

Bâtiment Diesel d’Ultime Secours conçu sur

appuis parasismiques

Renforcement sismique des réservoirs d’eau de secours

existants


Les Etudes Probabilistes de Sûreté (EPS)

Principe�Evaluation du risque par convolution alea/fragilité/conséquences

�Détermination de la probabilité annuelle de fusion du cœur ou de rejets�Aléa & Comportement des structures et équipements : Probabiliste

�Analyse du comportement des systèmes de sauvegarde au moyen d’arbres logiques associant des « chemins de replis » et des initiateurs plausibles (en leur associant une probabilité conditionnelle de défaillance)

Objectifs�Apporter un éclairage complémentaire à l’approche déterministe et identifier les

contributeurs principaux au risque (structures et équipements)

� = −� �(a) (�)� � = � (a) �(�)� �∞

0

∞

0

0.00E+00

2.00E-01

4.00E-01

6.00E-01

8.00E-01

1.00E+00

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Pro

ba

bil

ité

PGA (g)

Fragilité

tranche

Densité

proba

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Pro

ba

bil

ité

PGA (g)

Courbe

d'aléa

H : Hazard (aléa)F : Fragilité















L’importance du retour d’expérience post-sismique

EPRI 80’s�BDD initiale �19 séismes�0.15 à 0.85g au sol

�+ 100 installations�Energie ; Pétrochimie ;

Industrie

�Collecte et analysesystématique du REX post-sismique�En analysant systématiquement

l‘origine des défaillances éventuellement constatées�Intégrité ; Fonctionnalité ; Autres …

�Au regard du dimensionnement sismique éventuelcomparé au niveau ressenti�NB : Souvent aucun dimensionnement sismique d’origine

EPRI : Electric Power Research Institute (USA)


L’importance du retour d’expérience post-sismique

EPRI 80’s�Exemple des pompes à axe vertical�220 observations collectées

�29 sites industriels concernés

�0.2 à 0.6g (mvt horizontal, champ libre)

�4 observations (fonctionnalité)�Dommage observé �2 => Origine corrosion / usure

�1 => Mouvement différentiels aux supports

�1 => Arrêt automatique sur niveau vibratoire élevé

�Constat général : Des marges importantes sous réserve que �L’équipement respecte quelques dispositions de conception adaptées� Règles de l’art, dispositif d’ancrage approprié et absence d’interactions éventuelles

�L’équipement fasse l’objet d’un programme de maintenance�Prise en compte du « vieillissement »

�NB: Robustesse confirmée, même en l’absence de conception parasismique


L’activité de l’AIEA(risque sismique)

Activité régulière�Zoom sur les actions relatives au risque sismique

�IAEA website



L’EESS*�Ses missions

* Ex-ISSC : International Seismic Safety Center



Les EBP : Extra Budgetary Program � Programmes

coopératifs lancés à la demande des membres financeurs�1er EBP « séisme »�2007-2010

�2ème EBP « phase 1 »�2011-2015

�2ème EBP « phase 2 »�2016-2019

� Cf. annexe


OECD/NEA – Medium-Term Strategies for the WGIAGE Seismic Engineering Sub-group for 2015 - 2020�Le contexte

�Les axes de développements avant le séisme de Tohoku

�L’amélioration de la synergie entre sismologues et ingénieurs

�La transmission des savoirs intergénérationnels

�La coopération et le partage d’expérience (entre les pays et organisations)

�La caractérisation du mouvement sismique ; Les indicateursde nocivité ; L’interaction sol-structure ; Les effets du vieillissement …

�Les leçons du séisme de Tohoku (mars 2011)

�Aléa : La nécessité de confronter prédictions et observations

�Structures : Confirmation de l’existence de marges (parfois très importantes) procurées par l’application les codes et méthodes de conception

�Mais des marges insuffisantes dans la conception des installations face au risque d’inondation

� Cf. annexe

L’activité de l’OCDEOECD/NEA/CSNI/WGIAGE/Seismic Engineering Subgroup

NB (Tohoku 2011) : Fukushima Daiichi : 0,55g ; Fukushima Daini : 0,31g ; Onagawa : 0,58g


L’activité de l’OCDE/AEN

Workshop on Testing PSHA�Pavie – 02/2015


L’activité de l’OCDE/AEN

Les actions et benchmarks CASH

� Cf. annexe
















La démarche de conception parasismique

�Est une démarche multidisciplinaire �Sciences de la terre

�Ingénierie (GC, mécanique, électrique …)

�Analyses systèmes / process

� Nécessite de maîtriser les marges et les incertitudes de manière globale

� Sans cloisonner les disciplines

� Pour les centrales nucléaires en France

�Elle s’appuie principalement sur une approche déterministe codifiée

�Caractérisation de l’aléa

�Réponse des ouvrages et conception des systèmes et équipements

�Souvent très conservative par rapport aux pratiques courantes (confirmé par le retour d’expérience post-sismique et expérimental)

� Démarche prise en compte à la conception

�Et ré-analysée à l’occasion des réexamens périodiques de sûreté (Visites Décennales)



Un partage d’expérience efficace au sein de la communauté internationale�Au travers d’organismes structurés�AIEA, OCDE et autres (EPRI …)

� Au travers d’actions de R&D� Développement d’outils et de benchmarks� Ex : SMART, MECOS, CASH …

� Qui s’appuient sur des essais sur table vibrante� Ex: CEA-Azalée

�Permet de quantifier les marges (importantes) conféréespar la démarche de conception nucléaire� Et de caractériser et réduire les incertitudes

�Et confronter les outils et méthodes aux observations� Recours aux retour d’expérience post-sismique riche� Actions et bases de données EPRI/SQUG

� Installations industrielles et nucléaires�Exemple de la centrale de Kashiwazaki en 2007 (0.7g enregistré sur le site) et Onagawa 2011

(0.6g enregistré sur le site)

Dommage à 0,7g



Quelques perspectives : Caractériser et réduire les incertitudes

�Vers la confrontation des évaluations de l’aléa sismique aux observations� Sismicité instrumentale et historique

� Approches Bayésiennes (et actualisation)

�Actions en cours (en France : Projet SIGMA-2, et à l’international : AIEA, OCDE …)

� Vers une meilleure caractérisation du comportement « post-élastique » des ouvrages et équipements� Méthodes en déplacement et indicateurs de nocivité adaptés

�Nécessite de faire évoluer les méthodes d’ingénierie pour caractériser la « nocivité » du mouvement et quantifier les marges (importantes) au-delà des méthodes et critères de dimensionnement (en France : Projet SINAPS)

�Et de « benchmarker » les outils et méthodes

�Vers les méthodes probabilistes : Quantification du risque

�Fragilité (réaliste) des structures et équipements

�Et convolution avec l’aléa « actualisé »


Merci pour votre attention !


Références

� Quelques références et liens utiles

�Sismicité instrumentale en France (Rénass) : http://renass.unistra.fr/

�Sismicité historique et France (SisFrance) : http://www.sisfrance.net/

�La réglementation nucléaire (ASN) : http://www.asn.fr/

�Les règles de conception et de construction (AFCEN) : http://www.afcen.com/fr

�L’AIEA/EESS :

� https://www.iaea.org/about/organizational-structure/department-of-nuclear-safety-and-security/division-of-nuclear-installation-safety/external-events-safety-section

�L’OCDE/NEA:

�Website: https://www.oecd-nea.org/nsd/csni/iage/

� Pavia Workshop : https://www.oecd-nea.org/nsd/docs/2015/csni-r2015-15.pdf

�La R&D (en cours en France, quelques liens utiles)

�SMART (structure de GC) : http://www-smart.cea.fr/smart_fr.html

�SIGMA-2 (aléa et incertitudes) : http://www.sigma-2.net/

�SINAPS (marges sismiques) : http://www.institut-seism.fr/projets/sinaps/

�La SFEN : http://www.sfen.org/rgn/risque-sismique-installations-nucleaires

�L’AFPS (Association Française du génie ParaSismique) : http://www.afps-seisme.org/

�Le plan séisme (MTES) : http://www.planseisme.fr/


ANNEXES


Généralités


Illustraion de la sismicité en Europe


Introduction

La magnitude

�Chute de contrainte

�∆σ = G . ∆u / B

�Moment sismique

�Mo = G . L . H . ∆u

�Magnitude de moment

�Mw = 2/3 . Log10 (Mo) – 6

�M+1 => E x 30


Echelle d’intensité EMS98

Introduction


Introduction

La réglementation parasismique en France� Risque normal / risque spécial / barrages / Nucléaire

- Décret n° 2007-1557 du 2 novembre 2007 modifié relatif aux installations nucléaires de base et au contrôle, en matière de sûreté nucléaire, du transport de substances radioactives ;- L’arrêté du 7 février 2012 modifié fixant les règles générales relatives aux INB dit « arrêté INB »

- Règles Fondamentales de Sûreté (RFS) et guides relatifs aux réacteurs à eau pressurisée (REP), publiés par l’ASN- Autres textes internationaux : WENRA et AIEA

- Règles de Conception et de Constructions publiées par l’AFCEN : « RCC »

Article L.593-6 du code de l’environnement : L'exploitant d'une installation nucléaire de base est responsable de la sûreté de son installation.


Introduction

Les centrales nucléaires en France en 2015�Programme électronucléaire : Filière REP (Réacteur à Eau sous Pression)�Lancé au milieu des années 70s�Approche « palier »�Palier 900 MWe

�3 boucles

�Palier 1300 MWe�4 boucles

�Palier N4 (1450 MWe)�4 boucles

� EPR (1600 MWe)�4 boucles

� 58 réacteurs en opération� 19 sites

� Capacité : 63,2 GWe

� Age moyen : 32 ans

� Plus vieille: Fessenheim 1 (40 ans)

� Plus jeune: Civaux 2 (18 ans)

� 1 réacteur en construction� FLA 3, 1600 MWe EPR


La conception et les réexamens



La conception des structures de GC : Guide ASN/2/01�Mise en œuvre�Chargement sismique�Utilisation du spectre de réponse (défini selon la RFS 2001-01)

�Complété par des grandeurs complémentaires en tant que de besoin�Accélérogrammes, vitesses, déplacement, autres indicateurs

�Et cohérents avec le mouvement sismique considéré

� Critère de choix et des accélérogrammes pour les études linéaires et les études non-linéaires�Et traitement des résultats :

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Acc

élé

rati

on

(m

/s²

)

Temps (s)

-0.1

-0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.1

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Vit

es

se (

m/

s)

Temps (s)

-0.03

-0.02

-0.02

-0.01

-0.01

0.00

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Dé

pla

cem

en

t (m

)

Temps (s)

0.1

1.0

10.0

0 1 10 100

Pse

ud

o-a

ccél

érat

ion

(g)

F réquence (Hz)

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Acc

élé

rati

on

(m

/s²

)

Temps (s)

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Acc

élé

rati

on

(m

/s²)

Temps (s)

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Acc

élé

rati

on

(m

/s²)

Temps (s)

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

Acc

élé

rati

on

(m

/s²)

Temps (s)



Spectre de réponse d’oscillateur: Outils d’ingénierie

0.01

0.10

1.00

0.1 1.0 10.0 100.0Fréquence (Hz)P

SA

(g)

Frequency (or period)

Pseu

do-

acce

lera

tion

+ =

1Hz2%

5Hz2%

10Hz2%

35Hz2%

20Hz2%

1Hz5%

5Hz5%

10Hz5%

20Hz5%

35Hz5%

1Hz15%

5Hz15%

10Hz15%

20Hz15%

35Hz15%

1 accélérogramme ; 1 famille d’oscillateurs simples ; 1 spectre de réponse

NB : L’ordonnée du SRO est la « Pseudo accélération »

PSA = w² . drel max ~ aabs max



La conception des équipements (mécaniques et électriques)�Principe�Concevoir les systèmes et équipements pour garantir l’atteinte des objectifs visés�Exigences de sûreté -> Exigences de comportement -> Critère de dimensionnement

Ex : confinement, refroidissement … Ex : intégrité , fonctionnalité , opérabilité … Ex : limite élastique …

�Les pratiques codifiées



Les méthodes d’ingénierie�Principes et objectifs�Prendre en compte l’évolution de l’état de l’art

�Mise en œuvre de méthodes permettant de caractériser la nocivitédu mouvement sismique vis-à-vis des Structures, Systèmes et Composants d’une installation nucléaire existante

�S’inspirer des meilleures pratiques reconnues à l’international�Références : AIEA, EPRI (SMA, SPRA) …

�SMA : Seismic Margin Assessment

�SPRA : Seismic Probabilistic Risk Assessment

�En justifiant leur applicabilité et leur pertinence vis-à-vis du contexte français, et en les adaptant si nécessaire

�Caractériser le comportement des SSCs au regard de l’exigence de sûreté (au-delà du critère de dimensionnement)

�Utiliser des méthodes plus réalistes que celles retenues à la conception

�Utiliser (si besoin) des coefficients de comportement en les justifiant

�Mettre en œuvre des « inspections sismiques » en support aux analyses réalistes

�Objectifs : Démontrer le respect des exigences de sûreté et/ou identifier les modifications pertinentes au regard de ces exigences



Les impacts potentiels : Exemple de Bugey en VD3 (2002-2008)�Réexamen de l’aléa sismique du site�Analyse d’impact de la RFS 2001-01

�Réévaluation de l’aléa sismique (SMS)�SMS VD3 > SDD (Séisme de Dimensionnement)

�Réévaluation sismique de l’ensemble des SSCs de l’installation

�Bases = Approches AIEA et EPRI (adaptées)�Analyse de sûreté/systèmes pour hiérarchiser les

systèmes et composants � Nouveaux calculs sismiques des bâtiments

� Modèles et méthodes de calculs mis à jour

� Réalisation d’inspections sismiques en support aux analyses� Exploitation et quantification des marges dans les

méthodes (et chargements) retenus à la conception

�Ressources� Ingénierie de GC : ~ 25 000 h�Ingénierie mécanique et électrique : ~ 60 000 h

� Travaux� Quelques renforcements de structures de GC� Des modifications de supports de tuyauteries, ventilations et chemins de câbles


L’AIEA



L’EESS et les EBP�WA1 : Aléa�Testing and updating PSHA*�Prise en compte des

observations pour «vérifier / valider / actualiser» les résultats d’étude PSHA�Sismicité instrumentale,

historique et paléosismicité

�Amélioration des modèles de mouvement sismique de failles en champ proche �Prochain Workshop : Best

Practices in Physics-based Fault Rupture Models for SHA of Nuclear Installations CEA Cadarache, 14-16/5/2018



L’EESS et les EBP�WA2 : Conception�Interaction sol-structure�Analyse critique des

méthodes de prise en compte de l’Interaction Sol Structure�TecDoc

�Isolation parasismique�Développer et promouvoir les

méthode de hybrides de simulation appliquées à l’isolation parasismique�TecDoc



L’EESS et les EBP

�WA3 : Risque

�EPS séisme : Mouvement de faille en surface

�Séquence d’événements

�Fragilités

�EPS

�TecDoc

�EPS séisme : Site multi-tranches

�Prise en compte des corrélations entre les tranches

�Corrélations entre différents alés

�TecDoc



L’EESS et les EBP�WA4 : REX post-sismique�Capitaliser en partager le

REX post-sismique collecté sur les installations nucléaires�Rédaction des procédures

�Collecte du REX

�Base de données�2018 : Application sur le site

d’Onagawa (2011: 0.6 & 0.4g)


L’OCDE



OECD/NEA/CSNI/WG IAGE Seismic Engineering Subgroup Activities�Within the OECD/NEA, the Committee on the Safety of Nuclear Installations

(CSNI) has a general mandate:�To exchange technical information and to promote collaboration between research,

development, engineering and regulatory organizations

�To review operating experience and the state of knowledge on nuclear safety

�To initiate and conduct programs to overcome discrepancies, develop improvements and reach consensus

�To promote coordination of work that serves to maintain competences in nuclear safety

�The “Seismic sub-group” is specialized in seismic issues on nuclear installation�The subgroup deals with any type of activity relating to the seismic safety of nuclear

Installations and covers a large spectrum of topics in the field of Earth sciences and in the field of engineering sciences in their respective interaction with the seismic safety of nuclear installations�Geology, seismology, geotechnics, structures, mechanics, core physics, instrumentation and

control, risk assessments ...


Aléa : Confrontation aux observations

�Collecter et analyser les séismes ressentis sur les sites nucléaires

�~ 40 séismes enregistrés (0.01g < PGA < 0.7g)



Aléa : Confrontation des méthodes et résultats �Zones de

sismicité faible, modérée et forte



CASH

�Evaluer la capacité ultimes des voiles en béton armés soumis à des efforts de cisaillement



MECOS: Comportement sismique des tuyauteries�Quantification

des marges et caractérisation des modes de ruine


Documents

RISQUE SISMIQUE ET CONCEPTION DES INSTALLATIONS …