PUMA : une coopération internationale pour faire progresser les connaissances en criticité nucléaire

La maîtrise du risque de criticité constitue un enjeu fondamental de la sûreté nucléaire. Elle consiste à prévenir le déclenchement accidentel d’une réaction nucléaire en chaîne lors de la manipulation, du transport, du traitement ou de l’entreposage de matières fissiles. Pour évaluer ce risque, les experts s’appuient sur des outils de calcul dont la fiabilité repose notamment sur des données expérimentales de référence.

C’est dans cette perspective que l’ASNR collabore depuis plus de dix ans avec le programme américain Nuclear Criticality Safety Program. Cette coopération a récemment conduit à la conception puis à la réalisation du programme PUMA, destiné à approfondir les connaissances sur le comportement neutronique des isotopes du plutonium présents dans les combustibles MOX afin de renforcer les méthodes de calcul utilisées dans les études de criticité.

Les configurations expérimentales ont été conçues pour être représentatives des situations rencontrées dans les installations du cycle du combustible nucléaire, les laboratoires, les entreposages ou le transport de matières fissiles. Les données acquises contribueront à améliorer les méthodes de calcul utilisées dans les démonstrations de sûreté et à réduire certaines incertitudes associées à l’évaluation du risque de criticité.

Cette campagne constitue également la première série d’expériences mettant en œuvre du plutonium conçue par les équipes de l’ASNR depuis l’arrêt, en 2013, des installations françaises de criticité du CEA Valduc. Elle témoigne de la capacité de l’ASNR à maintenir et développer des compétences de haut niveau dans un domaine d’expertise particulièrement exigeant.

La campagne PUMA résulte d’une étroite collaboration entre les équipes de l’ASNR et les laboratoires américains de référence que sont le Los Alamos National Laboratory et le Lawrence Livermore National Laboratory. Ensemble, les partenaires ont défini des configurations expérimentales répondant à des besoins de connaissances identifiés par l’ASNR et largement partagés par la communauté internationale de la criticité nucléaire.

Cette coopération revêt une importance particulière dans un contexte où les infrastructures permettant de conduire ce type d’expériences critiques avec du plutonium ne sont aujourd’hui plus disponibles en France ni en Europe. L’accès à ces installations expérimentales et le partage des expertises associées sont donc essentiels pour poursuivre l’acquisition de données indispensables à la qualification des outils de calcul et au maintien d’un haut niveau d’expertise en sûreté nucléaire.

Au-delà de leur apport scientifique, les expériences PUMA illustrent la capacité de l’ASNR à concevoir et piloter des programmes expérimentaux complexes mobilisant des compétences en neutronique, en ingénierie, en instrumentation et en analyse de sûreté. Le maintien de ces savoir-faire constitue un enjeu stratégique pour disposer d’une expertise indépendante sur les installations mettant en œuvre des matières fissiles à différentes étapes du cycle du combustible, y compris dans son aval.

Les premiers résultats confirment l’intérêt des expériences réalisées et la qualité des données acquises. Leur exploitation se poursuivra dans les prochains mois afin d’en tirer tous les enseignements scientifiques. Ces travaux alimenteront également la préparation d’une nouvelle campagne expérimentale, baptisée PLUME, qui viendra prolonger les recherches engagées sur le comportement des combustibles contenant du plutonium.

Par sa participation au programme PUMA, l’ASNR contribue au développement des connaissances scientifiques nécessaires à la sûreté nucléaire tout en consolidant des compétences d’ingénierie et d’expertise reconnues au niveau international, essentielles pour répondre aux enjeux actuels et futurs du cycle du combustible nucléaire.