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Nucléaire : Westinghouse produit le 1 000ème composant imprimé en 3D pour le réacteur VVER-440

L'une des 1000 plaques d’écoulement de combustible imprimées en 3D produites par Westinghouse Electric Company

L’une des 1000 plaques d’écoulement de combustible imprimées en 3D produites par Westinghouse Electric Company (crédits photo : Westinghouse Electric Company)

Dans un contexte de retour en grâce et de montée en puissance de l’énergie nucléaire, les acteurs de cette industrie ont compris l’intérêt qu’il y avait à se tourner vers la fabrication additive pour innover et s’affranchir de certaines contraintes propres aux techniques traditionnelles. Longtemps employée par ce secteur à des fins de prototypage, la fabrication additive a gagné en importance ces dernières années. En dépit des normes strictes de sécurité et de sûreté qui régissent ce secteur, on la retrouve désormais dans des pièces fonctionnelles complexes, ce qui permet de réduire les délais et les coûts associés aux méthodes classiques.

Westinghouse Electric Company, l’un des précurseurs dans l’utilisation de cette technologie, refait parler de lui avec un chiffre symbolique. Spécialisée dans la conception et la fabrication d’assemblages de combustibles nucléaires, cette entreprise américaine a produit sa 1000ème plaque d’écoulement de combustible imprimée en 3D pour le réacteur VVER-440. Selon le constructeur nucléaire, il s’agit du premier composant imprimé en 3D lié à la sécurité, produit en série.

On se souvient qu’en 2020, le géant de l’atome s’était illustré en installant avec succès un dispositif de branchement imprimé en 3D dans un réacteur nucléaire commercial. Le composant avait été monté dans l’unité 1 de la centrale nucléaire à Byron d’Exelon, lors d’un entretien pour le renouvellement de son combustible. L’impression 3D s’était avérée être la solution la plus efficace pour reproduire une pièce obsolète dont le modèle d’origine n’est plus fabriqué. Westinghouse Electric Company avait souligné sa grande souplesse de fabrication, ainsi que sa faculté à réduire les coûts. En 2022, sa filiale suédoise Westinghouse Electric Sweden, avait réussi l’installation de filtres à débris de combustible nucléaire imprimés en 3D.

« Notre programme de fabrication additive offre aux clients des conceptions de composants améliorées qui contribuent à augmenter les performances et à réduire les coûts, ainsi qu’à donner accès à des composants qui peuvent ne pas être disponibles à l’aide des méthodes de fabrication traditionnelles. La fabrication additive est une nouvelle solution passionnante pour l’industrie nucléaire » avait déclaré Ken Petersen , vice-président des combustibles nucléaires de la société d’énergie basée à Chicago Exelon Generation.

« cette réalisation illustre le développement de la fabrication additive depuis le prototypage jusqu’à la production à grande échelle, générant une valeur tangible pour nos clients »

En 2020, Westinghouse Electric Company installait dispositif de branchement imprimé en 3D dans un réacteur nucléaire commercial

En 2020, Westinghouse Electric Company réalisait une première en installant un dispositif de branchement imprimé en 3D dans un réacteur nucléaire commercial (crédits photo : Westinghouse Electric Company)

Westinghouse Electric Company explique que l’intégration de plaques d’écoulement imprimées en 3D dans les assemblages combustibles VVER-440 a permis une refonte de leur partie inférieure, améliorant ainsi leurs performances de manière significative. « Cette réalisation illustre le développement de la fabrication additive depuis le prototypage jusqu’à la production à grande échelle, générant une valeur tangible pour nos clients », a déclaré Lou Martínez Sancho, directeur de la technologie de Westinghouse et vice-président exécutif, R&D et innovation. « Il s’agit d’une autre réalisation pionnière de Westinghouse dans le domaine de la technologie AM, qui s’engage à renforcer la sécurité, l’efficacité, la durabilité et la sécurité énergétique. »

Bien entendu, le nucléaire français n’a pas attendu aujourd’hui pour s’intéresser lui aussi à l’impression 3D. Depuis 2015, Framatome, leader international de l’énergie nucléaire, se concentre sur la fabrication additive de composants d’assemblages de combustible en acier inoxydable et en alliage à base de nickel. La filiale d’EDF collabore notamment avec l’ORNL. Leurs recherches ont déjà donné lieu a l’installation de quatre composants de sûreté imprimés en 3D qui ont été introduits dans une centrale nucléaire aux États-Unis au printemps 2021. Imprimés sur une Concept Laser M2 de GE Additive à partir d’acier inoxydable 316, les composants ont été installés et sont maintenant en fonctionnement à l’Unité 2 de la centrale nucléaire Browns Ferry en Alabama. Les fixations métalliques resteront opérationnelles pour une durée de six ans avec des inspections régulières pendant cette période.

Un an plus tôt, l’entreprise avait annoncé la fabrication d’objets imprimés en 3D en uranium–molybdène et uranium–silicium au moyen d’un « appareil de fusion par faisceau laser ». Le géant du nucléaire disait alors vouloir poursuivre le développement de l’impression 3D pour la production de cibles d’irradiation, mais aussi des petites productions en série de combustibles innovants pour les réacteurs avancés de quatrième génération.

En 2022, Framatome annonçait le premier composant d’assemblage de combustible en acier inoxydable réalisé par fabrication additive. Installée dans la centrale nucléaire de Forsmark en Suède, exploitée par Vattenfall, ladite pièce portait plus exactement sur des grilles d’extrémités supérieures d’assemblages de son ATRIUM 11, un combustible de dernière génération pour les réacteurs à eau bouillante (REB). Les pièces ont été conçues et fabriquées en collaboration avec KSB SE & Co. KgaA, puis introduites dans la tranche 3 de la centrale, dans le cadre d’un programme d’irradiation pluriannuel.

La capacité de la fabrication additive à pouvoir aussi réaliser des pièces métalliques de très grande taille, ne manque pas non plus d’intéresser l’industrie du nucléaire. En 2022, le géant français de l’énergie EDF s’était félicité d’avoir produit son premier anneau d’étanchéité imprimé en 3D. Une pièce critique, puisque son rôle est d’assurer la protection de la vanne en cas de problème de fuite. Réalisé par l’entreprise française Vallourec, un spécialiste du WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), ce composant mesurait un mètre de diamètre pour 100 kg. À terme, EDF espère industrialiser cette méthode de production, ayant déjà qualifié l’ensemble du procédé pour cette pièce.

Alexandre Moussion

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