Que sont les charpentes métalliques bâtiments réacteur et auxiliaires ?
Les charpentes métalliques nucléaires sont les structures porteuses en acier des bâtiments d'îlot nucléaire (réacteur, combustible, sauvegarde, auxiliaires nucléaires) et de l'îlot conventionnel (salle des machines abritant le turbo-alternateur, bâtiment électrique, salle de commande). Elles couvrent plusieurs typologies : charpentes lourdes pour salles des machines (portiques de 50-80 m de portée libre, hauteurs 40-50 m), planchers métalliques pour bâtiments auxiliaires nucléaires (poutres principales IPE 600-1000, secondaires IPE 300-500), supports équipements lourds (générateurs de vapeur 400 t, pressuriseur, pompes primaires GMPP 90 t), ponts roulants nucléaires (capacités 10-300 t pour manutention combustible et composants), passerelles et escaliers métalliques zones contrôlées. Les matériaux courants : aciers S275 (limite élastique 275 MPa) à S460 (460 MPa), aciers inox 304L et 316L pour zones humides ou contact eau primaire, aciers résistants au feu R 90 à R 180 pour casings de protection.
En France, le marché des charpentes métalliques nucléaires représente environ 150-250 M€/an selon les chantiers en cours (chantier EPR Flamanville en finition jusqu'en 2024 puis démarrage commandes EPR2). Eiffage Metal Lauterbourg 67 Bas-Rhin (filiale Eiffage Construction, 500 salariés sur site Lauterbourg, CA 250 M€/an division métal, capacité production 60 000 t/an) est le leader français des charpentes métalliques lourdes industrielles et nucléaires : références EPR Flamanville 50 (charpentes salle machines 8 000 t plus bâtiments auxiliaires 6 000 t), Hinkley Point C UK en sous-traitance Vinci Bouygues, ITER Cadarache 13 (charpentes bâtiment tokamak), positionné EPR2. Smulders Projects France (filiale Eiffage depuis 2013, sites Hoboken Belgique principal plus France via projet Saint-Nazaire 44) est spécialisé dans les structures offshore éolien et les structures complexes nucléaires (charpentes EPR Hinkley Point C). CMI France John Cockerill (groupe belge John Cockerill 4 000 salariés monde dont 800 France, sites Bréval 78 plus Belfort 90 plus Saint-Étienne 42) fournit équipements lourds et structures associées aux îlots nucléaires.
Spécifications techniques et procédés de production
Principales familles de charpentes métalliques nucléaires fabriquées en France :
Familles de produits et caractéristiques
| Type de charpente | Fabricant français | Application îlot nucléaire | Tonnage typique EPR |
|---|---|---|---|
| Charpente lourde salle des machines | Eiffage Metal Lauterbourg 67 | Portique 50-80 m portée, hauteur 40-50 m | 8 000-10 000 t par EPR |
| Plancher métallique bâtiments auxiliaires | Eiffage Metal, Smulders | Poutres principales IPE 600-1000 | 6 000-8 000 t par EPR |
| Supports équipements lourds | Eiffage Metal, CMI France | GV 400 t, pressuriseur, GMPP 90 t | 2 000-3 000 t par EPR |
| Ponts roulants nucléaires 10-300 t | Reel Saint-Cyr-au-Mont-d'Or 69, Konecranes | Manutention combustible et composants | 100-500 t par EPR |
| Casings et passerelles zones contrôlées | Eiffage Metal, Spie Batignolles | Protections incendie, accès zones nucléaires | 1 000-2 000 t par EPR |
| Structures intérieures bâtiment réacteur | CMI France John Cockerill, Eiffage | Cloisonnements, supports activés | 500-1 000 t par EPR |
Grades et conditionnements commerciaux
- Charpente lourde salle des machines (Eiffage Metal Lauterbourg 67) : portiques métalliques portée libre 50-80 m, hauteur sous ferme 40-50 m, profilés laminés HEM 1000 ou PRS (Profils Reconstitués Soudés) HEB 1000, aciers S355 ou S460, tonnage 8 000-10 000 t par EPR.
- Plancher métallique bâtiments auxiliaires nucléaires : poutres principales IPE 600-1000 ou HEA 700-1000 avec connexion mixte béton (béton hourdis collaborant), poutres secondaires IPE 300-500, aciers S275 ou S355, conception Eurocode 3 plus Eurocode 4 mixte.
- Supports équipements lourds : châssis acier pour générateurs de vapeur GV (400 t chacun, 4 par tranche EPR), pressuriseur (150 t), pompes primaires GMPP (90 t chacune, 4 par tranche), conception sismique SMA Séisme Majoré de Sécurité (0,25-0,35 g selon site).
- Ponts roulants nucléaires Reel Saint-Cyr-au-Mont-d'Or 69 (filiale Konecranes Finlande, 700 salariés France) : ponts manutention combustible 130 t bâtiment combustible, pont polaire bâtiment réacteur 300 t (translation rotation pour assemblage cuve), ponts auxiliaires 10-50 t.
- Casings et passerelles zones contrôlées (Eiffage Metal, Spie Batignolles) : protections incendie casings métalliques R 90 à R 180 sur tuyauteries primaires et câbles électriques, passerelles et escaliers métalliques accès zones contrôlées, aciers galvanisés ou inox 304L décontaminables.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et codes applicables aux charpentes métalliques nucléaires :
- NF EN 1993-1-1 : Eurocode 3 Calcul des structures en acier, partie 1-1 règles générales et règles pour bâtiments, applicable aux charpentes métalliques nucléaires hors spécificités RCC-M.
- NF EN 1993-1-8 : Eurocode 3 Calcul des assemblages, dimensionnement boulonnerie HR plus soudures plus pieds de poteaux.
- NF EN 1994-1-1 : Eurocode 4 Calcul des structures mixtes acier-béton, planchers collaborants bâtiments auxiliaires nucléaires.
- NF EN 1090-2 : Exécution des structures en acier et en aluminium, exigences techniques pour structures en acier, classes d'exécution EXC1 à EXC4 (nucléaire = EXC3 ou EXC4).
- RCC-M : Règles de Conception et de Construction des Matériels mécaniques (édition 2022) applicable aux supports équipements pressurisés et internes activés (voir produit dédié spares).
- ETC-S : EPR Technical Code for Steel structures, code technique spécifique aux EPR pour structures métalliques, complément Eurocodes pour exigences renforcées.
Procédés industriels détaillés
Étapes de fabrication et montage d'une charpente métallique nucléaire :
Étude conception et calculs Eurocode 3
Étude conception par bureau d'études Eiffage Metal Lauterbourg 67 ou Smulders Projects : calculs structurels Eurocode 3 plus 4 plus RCC-M selon nature, modélisation 3D BIM Tekla Structures, plans d'assemblage et notes de calcul sismique SMA Séisme Majoré de Sécurité.
Approvisionnement aciers tracés EN 10204 3.1
Approvisionnement aciers laminés (profilés HEA HEB IPE) ou PRS Profils Reconstitués Soudés (tôles épaisses ArcelorMittal Dunkerque 59 ou Fos-sur-Mer 13), aciers S275 à S460 selon spécifications, traçabilité matière EN 10204 type 3.1 par coulée.
Préparation et débit en atelier
Préparation et débit en atelier Eiffage Metal Lauterbourg 67 (60 000 t/an capacité) : tronçonnage à longueur avec scies à ruban automatiques, oxycoupage CN pour découpes complexes, perçage CN sur lignes de perçage automatiques, contrôle dimensionnel.
Assemblages soudés qualifiés
Assemblages soudés qualifiés selon EN ISO 15614-1 (procédure soudage) plus EN ISO 9606-1 (qualification soudeurs) plus EN 1090-2 EXC3 ou EXC4 (classe exécution nucléaire) : procédés TIG, MIG/MAG, arc submergé SAW, contrôles non destructifs PT MT RT UT systématiques.
Protection anticorrosion et incendie
Protection anticorrosion par métallisation zinc-aluminium (Zn 85-95 % Al 5-15 %, épaisseur 80-200 µm) plus peintures époxy (3 couches époxy-polyuréthane 240-320 µm total selon catégorie corrosivité C1-C5 ISO 12944). Protection feu par peintures intumescentes (R 90 à R 180) ou flocage fibres minérales.
Transport et montage sur site nucléaire
Transport convois exceptionnels jusqu'à 40 m longueur et 100 t (Lauterbourg 67 vers Flamanville 50 ou Penly 76), réception sur site EDF avec contrôles d'entrée, montage à la grue (grues 250-1 600 t Liebherr ou Mammoet), assemblages boulonnés HR ou soudés in situ, qualification opérateurs CEFRI.
Le marché français
Le marché français des charpentes métalliques nucléaires représente environ 150-250 M€/an selon les chantiers en cours (chantier EPR Flamanville en finition jusqu'en 2024 puis démarrage commandes EPR2 à partir de 2027). Chaque réacteur EPR mobilise 20 000 à 30 000 tonnes d'aciers de structure cumulés sur l'ensemble du chantier (îlot nucléaire 8 000-12 000 t plus îlot turbine 10 000-15 000 t plus bâtiments auxiliaires 2 000-3 000 t). Le coût des charpentes représente environ 5-7 % du coût total d'un EPR, soit 500-700 M€ par EPR2 (sur 8-9 Md€ coût total estimé EPR2), soit 3-4 Md€ total programme EPR2 (6 réacteurs). Les commandes longs délais commencent 5-7 ans avant la mise en service réacteur.
Eiffage Metal Lauterbourg 67 Bas-Rhin (filiale Eiffage Construction, 500 salariés site, CA 250 M€/an, capacité 60 000 t/an) est le leader français des charpentes métalliques lourdes industrielles et nucléaires avec références majeures : EPR Flamanville 50 (8 000 t charpentes salle machines plus 6 000 t bâtiments auxiliaires), Hinkley Point C UK en sous-traitance Vinci Bouygues (10 000 t pour les 2 EPR), ITER Cadarache 13 (charpentes bâtiment tokamak fusion, 3 500 t structures complexes), positionné EPR2 Penly 76. Le site Lauterbourg dispose d'un accès rail et fluvial (Rhin) pour évacuer convois exceptionnels jusqu'à 100 t. Smulders Projects France (filiale Eiffage depuis acquisition 2013, sites Hoboken Belgique principal plus France via projets éolien offshore Saint-Nazaire 44) est spécialisé structures complexes (offshore éolien éoliennes 12 MW Saint-Brieuc 22, charpentes EPR Hinkley Point C UK).
CMI France John Cockerill (groupe belge John Cockerill 4 000 salariés monde dont 800 France, sites Bréval 78 Yvelines plus Belfort 90 Territoire-de-Belfort plus Saint-Étienne 42 Loire) fournit équipements lourds et structures associées aux îlots nucléaires : générateurs de vapeur (alternative à Framatome Saint-Marcel 71), récupérateurs hydrogène (limitation risque hydrogène EPR), équipements lourds REP plus EPR. Reel Saint-Cyr-au-Mont-d'Or 69 Rhône (filiale Konecranes Finlande, 700 salariés France) est leader français des ponts roulants nucléaires (130 t bâtiment combustible, 300 t pont polaire bâtiment réacteur). Le secteur emploie environ 4 000 personnes en France dans les charpentes métalliques nucléaires (Eiffage Metal, Smulders, CMI France, Reel, sous-traitants spécialisés type Spie Batignolles Métal). La démarche Excell EDF (2020) renforce qualité fournisseurs après problèmes EPR Flamanville (soudures liner enceinte). Le programme EPR2 mobilisera 120 000-180 000 tonnes d'aciers charpentes cumulés sur 6 réacteurs.
Applications et débouchés industriels
Programmes structurants pour la filière française des charpentes métalliques nucléaires :
- Programme EPR2 nouveau nucléaire (51,7 Md€ pour 6 réacteurs Penly 76 plus Gravelines 59 plus Bugey 01, mise en service 2035-2042) : 3-4 Md€ de marché charpentes métalliques, 120 000-180 000 t aciers cumulés.
- Projet ITER Cadarache 13 (tokamak international fusion, plus 20 Md€ total) : 3 500 t charpentes complexes Eiffage Metal Lauterbourg 67, références exceptionnelles structures.
- Programme Grand Carénage EDF (50 Md€ 2014-2025) : maintenance structures existantes, remplacement ponts roulants vieillissants, modernisation salles machines.
- Plan SMR Nuward (1 Md€ 2030) : développement Small Modular Reactor par EDF plus CEA plus Naval Group plus Framatome plus TechnicAtome, demande charpentes standardisées modules.
- France 2030 nouveau nucléaire (1,2 Md€ 2022-2030) : soutien filière française construction nucléaire, formation 100 000 talents, préfabrication modulaire.
Questions fréquentes
Combien d'aciers pour les charpentes d'un EPR ?
Un réacteur EPR mobilise environ 20 000 à 30 000 tonnes d'aciers de structure cumulés sur l'ensemble du chantier, dont 8 000-12 000 t pour l'îlot nucléaire (bâtiment réacteur structures intérieures, bâtiment combustible plancher métallique plus pont roulant 130 t, bâtiments sauvegarde, auxiliaires nucléaires), 10 000-15 000 t pour l'îlot turbine (charpente lourde salle des machines portée 50-80 m hauteur 40-50 m abritant le turbo-alternateur 1 700 MW), 2 000-3 000 t pour les bâtiments annexes (bâtiment électrique, salle de commande, locaux techniques). À ces 20 000-30 000 t de charpentes s'ajoutent environ 22 000 t d'armatures de béton armé HA Fe E 500 (voir produit dédié béton armé RCC-CW), soit plus 50 000 t total aciers par EPR. Le coût charpentes représente environ 5-7 % du coût total EPR (500-700 M€ par EPR2 sur 8-9 Md€ coût total estimé).
Qui sont les leaders français des charpentes nucléaires ?
Eiffage Metal Lauterbourg 67 Bas-Rhin (filiale Eiffage Construction, 500 salariés site, CA 250 M€/an, capacité 60 000 t/an) est le leader français incontesté des charpentes métalliques lourdes nucléaires avec références majeures : EPR Flamanville 50 (8 000 t charpentes salle machines plus 6 000 t bâtiments auxiliaires), Hinkley Point C UK en sous-traitance Vinci Bouygues (10 000 t pour les 2 EPR), ITER Cadarache 13 (3 500 t charpentes bâtiment tokamak fusion), positionné EPR2 Penly 76. Le site Lauterbourg dispose d'accès rail et fluvial (Rhin) pour évacuation convois exceptionnels. Smulders Projects France (filiale Eiffage depuis 2013, sites Hoboken Belgique plus France) intervient sur structures complexes. CMI France John Cockerill Bréval 78 plus Belfort 90 plus Saint-Étienne 42 (groupe belge, 4 000 salariés monde dont 800 France) fournit équipements lourds et structures associées. Reel Saint-Cyr-au-Mont-d'Or 69 (filiale Konecranes, 700 salariés France) est leader ponts roulants nucléaires.
Quelles exigences spécifiques pour les charpentes nucléaires ?
Les charpentes nucléaires répondent à des exigences renforcées par rapport aux charpentes industrielles classiques : 1) Calculs sismiques selon SMA Séisme Majoré de Sécurité (0,25-0,35 g d'accélération horizontale selon site Flamanville Penly Bugey, méthode spectrale modale ou temporelle non linéaire), 2) Classe d'exécution EN 1090-2 EXC3 ou EXC4 (la plus élevée), 3) Qualification soudeurs EN ISO 9606-1 par procédé et matériau avec requalification semestrielle, 4) Contrôles non destructifs systématiques (radiographie RT, ultrasons UT, ressuage PT, magnétoscopie MT) selon plan de contrôle approuvé par exploitant EDF et inspecteur indépendant Apave Bureau Veritas, 5) Traçabilité matière EN 10204 type 3.1 par coulée avec certificat fournisseur, 6) Protection anticorrosion renforcée (métallisation zinc-aluminium plus peintures époxy 240-320 µm) durabilité 60-100 ans, 7) Protection feu R 90 à R 180 dans certaines zones, 8) Pour zones contrôlées qualification opérateurs CEFRI niveau A ou B obligatoire.
Quels ponts roulants pour un réacteur nucléaire ?
Un réacteur EPR comporte plusieurs ponts roulants nucléaires fournis principalement par Reel Saint-Cyr-au-Mont-d'Or 69 Rhône (filiale Konecranes Finlande depuis 2012, 700 salariés France) : 1) Pont polaire bâtiment réacteur 300 t (mouvement de translation circulaire dans l'enceinte de confinement intérieure pour assemblage cuve plus internes plus couvercle lors de la construction et lors des visites décennales), unique au monde pour son rôle et sa capacité, 2) Pont manutention combustible 130 t bâtiment combustible (déplacement assemblages combustibles entre piscine désactivation, piscine BK et château de transport vers La Hague 50), 3) Pont auxiliaire bâtiment réacteur 50 t pour interventions secondaires, 4) Ponts auxiliaires bâtiments sauvegarde 10-25 t (manutention pompes, soupapes, vannes). Tous les ponts roulants nucléaires sont classés sûreté avec exigences sismiques SMA, redondance freins, surveillance vibratoire, maintenance préventive systématique. Coût total ponts roulants par EPR : environ 50-80 M€ sur 8-9 Md€ EPR2.