Et si l’on pouvait faire avancer le temps ? Pour comprendre comment le béton vieillit après plusieurs décennies de service, la R&D d’EDF dispose d’un outil exceptionnel : une maquette géante d’enceinte de confinement à l’échelle 1/3. Ses dimensions permettent de reproduire un vieillissement accéléré par rapport au bâtiment réel à l’échelle 1, ce qui a permis aux chercheurs de vérifier la capacité de cet ouvrage à résister aux effets du temps.
Une plateforme qui simule plus de 80 ans de vieillissement en moins de 10 ans ?
À la R&D d'EDF, les chercheurs étudient le vieillissement du béton. Ce matériau qui compose la plupart des ouvrages de production d'électricité, notamment l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire.
Et pour comprendre comment ces ouvrages évoluent après plusieurs décennies de service, les chercheurs de la R&D disposent d'un outil unique : une maquette géante d'enceinte de confinement à l'échelle 1/3.
Construite en 2015 sur le site d'EDF Lab les Renardières et mise en service en 2016, cette plateforme unique au monde simule aujourd'hui plus de 80 ans de vieillissement en moins de 10 ans, en comparaison d’une enceinte réelle constituée du même béton.
Grâce à ses dimensions, elle permet de reproduire un vieillissement accéléré par rapport à l'ouvrage réel et d'obtenir des informations essentielles sur le comportement à long terme des enceintes en béton. Les chercheurs ont ainsi pu vérifier la robustesse de ces ouvrages face aux effets du temps : que l’étanchéité des enceintes n’évolue pas significativement avec leur vieillissement et qu’il n’y ait pas d’effet falaise à long terme.
Mais quelle est cette recette qui permet d'étudier le vieillissement du béton ?
1er ingrédient : un modèle réduit
Il s’agit de la maquette VeRCoRs construite sur le site d’EDF Lab les Renardières. Il n’y a pas d’installation nucléaire : c’est une enceinte double paroi reproduisant à l'échelle 1/3 la double enceinte en béton d'un réacteur de centrale nucléaire de 1 300 MW. Une maquette réduite... mais impressionnante : elle mesure tout de même 30 mètres de haut et 16 mètres de diamètre.
2ème ingrédient : plus de 700 capteurs
La maquette VeRCoRs est instrumentée par plus de 700 capteurs et 2 kilomètres de fibres optiques. Cette instrumentation permet une surveillance avancée de la température, l'humidité et des déformations que subit l'ouvrage tout au long de son vieillissement.
3ème ingrédient : une équation de diffusion de l'eau
Pourquoi une maquette à l'échelle 1/3 permet-elle d'accélérer le temps ? Du fait de sa taille, cette maquette « vieillit » environ 9 fois plus vite qu'un bâtiment réacteur à l'échelle 1. Elle permet ainsi d'appréhender en accéléré le comportement du béton de l'enceinte après plusieurs dizaines d'années de fonctionnement. Ce phénomène physique est décrit par une adaptation de la seconde loi de Fick, appelée également équation de la diffusion.
Fun fact ?
Cette adaptation de la loi de Fick est appelée par la communauté du Génie Civil d'EDF : le modèle de Granger, du nom de l’auteur Laurent Granger, Responsable Technique Principal à EDF. C’est lui qui a proposé l’adaptation de la modélisation de la propagation de l’eau dans un matériau, dans sa thèse soutenue en 1995 à l’ENPC.
4ème ingrédient : un jumeau numérique
En parallèle, les chercheurs de la R&D ont développé un jumeau numérique qui reproduit la maquette VeRCoRs : dimensions, composition (béton, acier, câbles), comportement des constituants en fonction de la température, l’humidité, la pression et le chargement mécanique imposé par la précontrainte. Ce modèle numérique permet de calculer les efforts et les déformations de l'ouvrage, puis de les comparer aux mesures réalisées sur la maquette réelle. Les données issues des 700 capteurs instrumentés permettent d’alimenter le jumeau numérique de la maquette.
5ème ingrédient : l'expertise des laboratoires
Autour de VeRCoRs, plusieurs laboratoires de la R&D apportent leurs compétences.
- Le laboratoire Génie Civil étudie notamment le fluage, c'est-à-dire la déformation lente et retardée des matériaux.
- Le laboratoire de Microscopie Électronique analyse quant à lui les matériaux jusqu'à l'échelle de l'atome, soit près d'un million de fois plus petit qu'un cheveu, afin de mieux comprendre et maîtriser les mécanismes de vieillissement.
Le résultat ?
VeRCoRs est peut-être le béton le plus caractérisé au monde !
Cette installation est devenue une référence en matière de génie civil. Ses objectifs étaient d'étudier le vieillissement accéléré du béton, de tester l'étanchéité de l'ouvrage grâce à des essais annuels de pressurisation à 5,3 bars absolus et de valider des opérations de réparation.
Ces objectifs sont aujourd'hui largement atteints.
Afin d’éviter tout biais expérimental dans les mesures de fuite, l’ensemble des unités et des prestataires impliqués dans les visites décennales des enceintes se sont mobilisées chaque année aux côtés de la R&D pour réaliser les mesures de fuite sur VeRCoRs.
FAQ sur le vieillissement du béton
