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RÉSUMÉ
Dans les centrales nucléaires, la corrosion-érosion est un mode de dégradation qui se caractérise par une perte d'épaisseur des composants métalliques en aciers non ou faiblement alliés. Cette dégradation s'installe au contact de l'eau ou de la vapeur humide circulant à grande vitesse. Elle est susceptible d'entraîner la rupture des composants affectés. De nombreux composants du circuit eau-vapeur des centrales nucléaires sont concernés. Le phénomène est influencé par la température et par des paramètres chimiques, hydrauliques et métallurgiques.
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Carine MANSOUR : Ingénieur chercheur - EDF Recherche et Développement, Département matériaux et mécanique des composants, Groupe chimie-corrosion
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Stéphane TREVIN : Ingénieur spécialiste - EDF DTG, Département performances, Service contrôle matériaux et mécanique
INTRODUCTION
La corrosion-érosion est une dégradation de nature chimique qui correspond à un cas particulier de la corrosion généralisée. Dans les centrales nucléaires, elle affecte notamment les composants en acier, non ou faiblement allié, soumis à un écoulement d'eau monophasique liquide ou de vapeur diphasique humide. Elle se traduit par une perte d'épaisseur qui peut, à terme, entraîner la rupture du composant affecté. Ce phénomène survient sur de nombreux composants du circuit eau-vapeur des centrales nucléaires et thermiques. Il a déjà été à l'origine d'accidents mortels aux États-Unis et au Japon. En plus de la perte d'épaisseur des composants, ce phénomène génère des produits de corrosion qui sont entraînés vers les générateurs de vapeur (GV) où ils deviennent une source d'encrassement et de colmatage. Cela peut provoquer à terme une perte des performances thermiques des centrales et implique des opérations de maintenance très coûteuses. La corrosion-érosion est influencée par la température et par des paramètres chimiques, hydrauliques et liés à la nature du matériau. Pour les centrales nucléaires de production électrique, elle est suivie et contrôlée la plupart du temps et en particulier en France, par des codes de calcul qui permettent de prédire la perte d'épaisseur des composants de tuyauteries susceptibles d'être affectés. Les résultats de calcul tiennent également compte des examens non destructifs (END) réalisés en centrale pour optimiser les opérations de maintenance afin d'éviter des pertes d'épaisseur critiques. Ces codes sont développés en se basant sur des études de recherche et développement ainsi que sur le retour d'expérience (REX).
L'objectif de cet article est de présenter :
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le mécanisme de corrosion-érosion ainsi que les paramètres influents ;
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les composants potentiellement affectés ;
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l'impact de la corrosion-érosion sur le fonctionnement des centrales ;
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les enjeux de la surveillance pour les exploitants et la réglementation ;
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les méthodes et outils utilisés pour l'étude du phénomène ;
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les codes de calcul utilisés pour la prévision des dégradations liées au phénomène ;
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les contrôles dimensionnels et de composition chimique des matériaux réalisés sur les centrales ;
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les parades ;
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les autres modes de dégradation généralisés ;
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5. Autres modes de dégradation généralisés
5.1 Corrosion généralisée
En présence d'humidité, les aciers se corrodent et tendent à retourner à leur état naturel d'oxydes de fer et d'hydroxydes de fer.
L'équilibre entre la réaction d'oxydation du fer et de réduction de l'oxygène et de l'eau impose des différences de potentiel électrique entre les zones anodiques (oxydation du fer) et les zones cathodiques (réduction de l'oxygène et de l'eau). Deux cas peuvent se produire :
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les sites des réactions sont très proches les uns des autres. L'épaisseur du métal diminue uniformément ce qui provoque une corrosion généralisée ;
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les sites des réactions sont nettement séparés et en rapport avec des hétérogénéités du métal visible à l'œil nu ce qui est caractéristique de corrosion par piqûres.
La corrosion par piqûres représente un aspect de la corrosion dite « localisée ». Elle est liée à une perte locale de passivation du film d'oxyde et entraîne la dissolution rapide du métal en des sites discrets de sa surface, le reste de cette surface n'étant sensiblement pas attaqué.
Le milieu doit contenir une espèce oxydante, qui est généralement l'oxygène dissous (pour l'acier non ou faiblement allié, le risque est systématique en présence d'oxygène et de très peu d'ions chlorure dans l'eau). Dans le cas des aciers inoxydables, le film passif doit être rompu localement. Cette rupture provient de facteurs externes (espèces chimiques agressives, rayures, chocs, abrasion…) ou métallurgiques (inclusions).
HAUT DE PAGE5.2 Corrosion par aération différentielle
La corrosion par aération différentielle agit lorsqu'un métal se retrouve dans une même solution contenant des zones de concentrations différentes en oxygène. La pièce métallique ne s'oxyde pas au droit de la source d'oxygène, mais induit une oxydation dans la zone la moins aérée.
La corrosion par aération différentielle peut être la cause de pertes locales de métal importantes, fragilisant le métal en profondeur, alors que sa partie apparente semble intacte.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CHEXAL (B.) et al - Flow-accelerated corrosion in power plants. - EPRI, EDF, Siemens AG Power Generation Report TR-106611-R1 (1998).
-
(2) - PAVAGEAU (E.M.) et al - Update of water chemistry effect on flow-accelerated corrosion rate of carbon steel. - Environnemental degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors conference, Vancouver (2007).
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(3) - CHIVOT (J.) - Thermodynamique des produits de corrosion. - Coll. Sciences et techniques, ANDRA (2004).
-
(4) - HUSSEY (D.) et al - MULTEQ : Equilibrium of an electrolytic solution with vapor-liquid partitioning and precipitation : the database version 7.0. - EPRI technical report, no 1025010 (2012).
-
(5) - BERGE (Ph.) et al - Corrosion-erosion of steels in high temperature water and wet steam. - EDF specialists meeting, Les Renardières (1982).
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