Que sont les cuves et générateurs de vapeur nucléaires ?
La cuve de réacteur (Reactor Pressure Vessel, RPV) est l'enceinte sous pression qui contient le cœur du réacteur nucléaire (assemblages combustibles uranium enrichi à 4,5 % en U-235) et le fluide primaire (eau borée 155 bar, 290 à 330 °C). Pour un REP 1 300 MWe français (Paluel, Cattenom, Belleville, Nogent, Penly, Golfech), la cuve mesure 13,2 mètres de hauteur, 4,4 mètres de diamètre intérieur, 22 cm d'épaisseur de paroi, et pèse 330 tonnes à vide. Pour l'EPR Flamanville 3 (1 650 MWe démarré 2024), la cuve atteint 12,7 mètres de hauteur, 4,9 mètres de diamètre, 25 cm d'épaisseur, 425 tonnes. L'acier utilisé est le 16MND5 (acier faiblement allié manganèse-nickel-molybdène, équivalent ASME SA-508 grade 3 classe 1) avec revêtement intérieur inox 304L de 7 mm anti-corrosion. Les générateurs de vapeur (GV) sont des échangeurs thermiques tubulaires verticaux qui transfèrent la chaleur du circuit primaire (eau pressurisée 155 bar, 320 °C) au circuit secondaire (eau-vapeur 70 bar, 285 °C).
En France, la chaudronnerie nucléaire lourde est l'apanage exclusif de Framatome (siège Courbevoie 92, filiale EDF 80 % + MHI Japon 20 %, 14 500 salariés, ex-Areva NP), concentrée sur 2 sites historiques en Saône-et-Loire (71). Framatome Saint-Marcel Chalon-sur-Saône 71 (1 200 salariés, surface 28 hectares, halls de 50 m de hauteur sous crochet, ponts roulants 800 tonnes) assemble les cuves de réacteur et les GV par soudage automatique sous arc submergé. Framatome Le Creusot 71 (ex-Sfarsteel, ex-Creusot Forge, 600 salariés, lingotière 250 tonnes, presse hydraulique 11 300 tonnes) produit les pièces forgées primaires : viroles de cuves, fonds bombés hémisphériques, tubulures, plaques tubulaires GV. Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal, 1 800 salariés) approvisionne les aciers spéciaux 16MND5 et 18MND5 en plaques épaisses jusque 300 mm. Aubert et Duval Pamiers 09 (groupe Eramet) fournit l'Inconel 690 thermally treated pour les tubes de générateurs de vapeur EPR2.
Spécifications techniques et procédés de production
Caractéristiques techniques des cuves et générateurs de vapeur nucléaires français :
Familles de produits et caractéristiques
| Équipement | Dimensions | Matériau | Pression service | Fabricant français |
|---|---|---|---|---|
| Cuve REP 900 MWe (Bugey, Tricastin, Gravelines) | 13,0 m hauteur x 4,0 m diamètre, 280 t | 16MND5 + revêtement 304L | 155 bar / 320 °C | Framatome Saint-Marcel Chalon 71 |
| Cuve REP 1300 MWe (Paluel, Cattenom) | 13,2 m x 4,4 m, 330 t | 16MND5 + revêtement 304L | 155 bar / 327 °C | Framatome Saint-Marcel Chalon 71 |
| Cuve EPR 1650 MWe (Flamanville 3, EPR2) | 12,7 m x 4,9 m, 425 t | 18MND5 + revêtement 308L | 155 bar / 330 °C | Framatome Saint-Marcel + Le Creusot 71 |
| GV REP 1300 MWe (4 par tranche) | 22 m hauteur x 5,5 m diamètre, 420 t | Faisceau Inconel 690 TT | 155/70 bar | Framatome Saint-Marcel Chalon 71 |
| GV EPR 1650 MWe (4 par tranche) | 24 m x 5,8 m, 540 t, ~5 800 tubes en U | Inconel 690 TT (thermally treated) | 155/78 bar | Framatome Saint-Marcel Chalon 71 |
| Tubes GV Inconel 690 TT | 19 mm diamètre, 1,09 mm épaisseur, 22 m longueur | Inconel 690 thermally treated | 155 bar interne | Aubert et Duval Pamiers 09 + Valinox Nucléaire |
Grades et conditionnements commerciaux
- Cuve REP 1 300 MWe Paluel/Cattenom/Belleville/Nogent : 13,2 m hauteur, 4,4 m diamètre intérieur, 22 cm épaisseur de paroi, 330 tonnes à vide, 4 viroles soudées en 16MND5, fond bombé hémisphérique forgé monobloc, couvercle amovible 80 tonnes pour rechargement combustible annuel.
- Cuve EPR Flamanville 3 (1 650 MWe démarrée 2024) : 12,7 m hauteur, 4,9 m diamètre, 25 cm épaisseur, 425 tonnes à vide, livrée 2009 par Framatome Saint-Marcel et Le Creusot, controverses Carbon Macro Segregation 2014 sur fond et couvercle (résolues 2018 par ASN après expertises complémentaires).
- Cuve EPR2 (programme 6 réacteurs Penly Gravelines Bugey) : conception simplifiée par rapport à EPR1, 4 boucles primaires, durée de vie conception 60 ans, retours d'expérience Flamanville 3 intégrés, première livraison Penly prévue 2035 pour mise en service 2037.
- Générateur de vapeur REP 1 300 MWe : 22 m hauteur, 5,5 m diamètre, 420 tonnes, faisceau de 4 474 tubes en U inversé Inconel 690 TT (épaisseur 1,09 mm), plaque tubulaire 60 cm épaisseur, 4 GV par réacteur, séparateurs cyclones intégrés.
- Générateur de vapeur EPR 1 650 MWe : 24 m hauteur, 5,8 m diamètre, 540 tonnes, faisceau de 5 800 tubes Inconel 690 TT en U inversé, rendement thermique amélioré +5 % vs REP, économiseur axial breveté Framatome, 4 GV par réacteur EPR.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables aux cuves et GV nucléaires :
- RCC-M (Règles de Conception et de Construction des Matériels Mécaniques des îlots nucléaires REP, édition AFCEN 2022) : niveau 1 (N1) obligatoire pour cuves de réacteur et générateurs de vapeur (équipements primaires sous pression).
- RCC-MX : code RCC-M adapté aux réacteurs EPR (Flamanville 3, EPR2 Penly Gravelines Bugey, Hinkley Point C UK, Sizewell C UK), prend en compte les spécificités EPR (4 boucles, double enceinte béton, récupérateur de corium).
- Arrêté ESPN du 12 décembre 2005 modifié (Équipements Sous Pression Nucléaires) : catégorie N1 obligatoire pour cuves et GV, suivi en service par ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire) avec contrôles décennaux.
- Arrêté INB du 7 février 2012 modifié (Installations Nucléaires de Base) : exigences générales sûreté, démonstration de sûreté, contrôle qualité fabrication par exploitant EDF, qualification des fournisseurs.
- ASME III Section III Division 1 Class 1 : code US équivalent RCC-M, référence pour réacteurs exportés et pour comparaison technique (Hinkley Point C UK utilise RCC-MX, Sizewell C UK également).
- AIEA SSG-30 Safety Classification of Structures, Systems and Components in Nuclear Power Plants et SSG-12 Design of the Reactor Coolant System and Associated Systems : référentiels internationaux sûreté composants nucléaires.
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles de fabrication d'une cuve de réacteur ou d'un GV :
Élaboration acier 16MND5 / 18MND5
Élaboration acier 16MND5 (cuves REP) ou 18MND5 (cuves EPR) chez Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal) : four électrique à arc 200 tonnes, désulfuration en poche, dégazage sous vide VOD, coulée lingot 250 tonnes pour pièces forgées primaires.
Forge des viroles et fonds bombés
Forgeage des viroles cylindriques et des fonds bombés hémisphériques chez Framatome Le Creusot 71 (ex-Creusot Forge) : presse hydraulique 11 300 tonnes, lingot 250 tonnes chauffé 1 250 °C, forgeage à chaud par étirage et refoulage, traitement thermique d'austénitisation puis revenu de détente.
Assemblage par soudage automatique
Assemblage final à Framatome Saint-Marcel Chalon 71 : positionnement des viroles sur tourneur 800 tonnes, soudage automatique sous arc submergé (SAW Submerged Arc Welding) 24h/24, fil 16MND5 + flux basique, durée 4 à 6 mois par cuve incluant les contrôles intermédiaires.
Revêtement intérieur inox 308L
Revêtement intérieur inox 308L (cuves REP) ou 309L (cuves EPR) par soudage automatique strip cladding (bandes 60 mm de largeur), épaisseur 7 mm en 2 couches, protection contre la corrosion par l'eau borée à 320 °C, contrôle ressuage 100 %.
Traitement thermique de détente PWHT
Traitement thermique de détente des contraintes résiduelles (PWHT Post-Weld Heat Treatment) : montée en température 30 °C/h jusqu'à 610 °C, maintien 10 heures, refroidissement contrôlé 30 °C/h, four électrique de 25 m de longueur, opération de 1 semaine en continu.
Contrôles non destructifs CND
Contrôles non destructifs CND finaux : ultrasons UT phased array (100 % du volume soudures + métal de base), radiographie RT gamma au cobalt-60, ressuage PT, magnétoscopie MT, examen télévisé interne intégral, épreuve hydraulique 1,3 fois pression service (environ 200 bar).
Le marché français
Le marché français de la chaudronnerie nucléaire lourde est dimensionné par le programme nucléaire EDF : 56 réacteurs REP en service (production 280 TWh/an, environ 65 % du mix électrique français), EPR Flamanville 3 démarré en 2024 (12 ans de retard, 19 Md€ vs 3 Md€ initialement budgétés), et le programme EPR2 de 6 nouveaux réacteurs commandés en 2022 par le président Emmanuel Macron (Penly 2 unités, Gravelines 2 unités, Bugey 2 unités) avec enveloppe initiale estimée 51,7 Md€ en 2024 (mise en service échelonnée 2035-2042). À l'export, EDF construit Hinkley Point C UK (2 EPR, démarrage 2030-2031, 25 Md£ révisé) et a remporté Sizewell C UK (2 EPR commandés 2024), avec un projet Jaitapur Inde (6 EPR en discussion depuis 2010).
Framatome (siège Courbevoie 92, filiale EDF 80 % + MHI Japon 20 %, 14 500 salariés, CA 3,3 Md€ en 2024) est le seul fabricant français de chaudronnerie nucléaire lourde et l'un des 3 fabricants mondiaux avec Mitsubishi Heavy Industries (Japon) et Doosan Korea. Les 2 sites historiques de Saône-et-Loire concentrent l'intégralité de la production : Framatome Saint-Marcel Chalon-sur-Saône 71 (1 200 salariés, 28 hectares, halls de 50 m sous crochet, ponts roulants 800 tonnes) pour l'assemblage final des cuves et GV par soudage automatique, et Framatome Le Creusot 71 (ex-Sfarsteel et Creusot Forge racheté en 2006 par Areva, 600 salariés, presse hydraulique 11 300 tonnes) pour les pièces forgées primaires.
EDF a annoncé en 2024 un investissement de 600 M€ dans la modernisation des sites Framatome Saint-Marcel et Le Creusot pour le programme EPR2 (création de 1 000 emplois directs sur 10 ans, formation de 500 soudeurs nucléaires qualifiés RCC-M). Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal, 1 800 salariés) investit 100 M€ pour augmenter la capacité de production des aciers spéciaux nucléaires 16MND5/18MND5 (doublement 2025-2028). Aubert et Duval Pamiers 09 (groupe Eramet, 1 800 salariés) modernise sa ligne de production tubes Inconel 690 TT pour les GV EPR2. La filière nucléaire française compte 220 000 emplois directs et 100 000 emplois indirects, 3 200 entreprises selon le GIFEN (Groupement des Industriels Français de l'Énergie Nucléaire).
Applications et débouchés industriels
Programmes publics et industriels structurants pour la chaudronnerie nucléaire française :
- Programme EPR2 EDF (51,7 Md€ enveloppe initiale 2024) : 6 réacteurs (Penly 2 unités, Gravelines 2 unités, Bugey 2 unités), première coulée de béton 2027 Penly, mise en service échelonnée 2035-2042.
- Programme France 2030 nucléaire (1 Md€ 2022-2030) : SMR Nuward (300 MWe modulaires Naval Group + EDF + CEA + TechnicAtome, démonstrateur 2030), retraitement combustible Orano La Hague 50, fermeture cycle.
- Programme grand carénage EDF (49,4 Md€ 2014-2025) : prolongation 56 réacteurs REP de 40 à 60 ans, remplacement de GV vieillissants et de couvercles cuves, contrôles approfondis ASN décennaux VD4-900.
- Programme export EDF Hinkley Point C UK (2 EPR, 25 Md£ révisé 2024) : cuves et GV livrés par Framatome Saint-Marcel et Le Creusot, démarrage prévu 2030-2031.
- Programme Sizewell C UK (2 EPR commandés 2024, 20 Md£ estimés) : retombées chaudronnerie lourde France 2025-2035, contrats Framatome estimés 2,5 Md€.
Questions fréquentes
Qui fabrique les cuves de réacteur nucléaire en France ?
Framatome (siège Courbevoie 92, filiale EDF 80 % + MHI Japon 20 %, 14 500 salariés, ex-Areva NP) est le seul fabricant français de cuves de réacteur nucléaire. La production est concentrée sur 2 sites historiques en Saône-et-Loire (71) : Framatome Saint-Marcel Chalon-sur-Saône 71 (1 200 salariés, 28 hectares, halls 50 m sous crochet, ponts roulants 800 tonnes) assure l'assemblage final par soudage automatique sous arc submergé. Framatome Le Creusot 71 (ex-Sfarsteel, ex-Creusot Forge racheté en 2006 par Areva, 600 salariés, presse hydraulique 11 300 tonnes, lingotière 250 tonnes) produit les pièces forgées primaires (viroles cylindriques, fonds bombés hémisphériques, tubulures, plaques tubulaires GV). L'acier 16MND5 (REP) ou 18MND5 (EPR) est élaboré par Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal, 1 800 salariés).
Combien coûte une cuve de réacteur EPR ?
Une cuve de réacteur EPR (1 650 MWe) coûte environ 100 à 150 millions d'euros pièce, soit 5 à 7 % du coût total d'un EPR (estimé 8 à 12 Md€ pour EPR2 selon enveloppe initiale 51,7 Md€ pour 6 réacteurs). La cuve seule représente 425 tonnes d'acier 18MND5 forgé en 4 viroles soudées, fond bombé hémisphérique, et couvercle amovible. Le délai de fabrication est de 4 à 6 ans (incluant approvisionnement lingot 250 tonnes, forgeage Le Creusot, assemblage Saint-Marcel, contrôles non destructifs CND, traitement thermique de détente). Les générateurs de vapeur (4 par réacteur, 540 tonnes chacun) coûtent environ 80 à 100 M€ pièce, soit 320 à 400 M€ pour les 4 GV d'un EPR. L'investissement total chaudronnerie lourde par EPR atteint 700 à 900 M€.
Qu'est-ce que le code RCC-M en nucléaire ?
Le RCC-M (Règles de Conception et de Construction des Matériels Mécaniques des îlots nucléaires REP) est le code français de conception et construction des équipements mécaniques sous pression des réacteurs nucléaires REP. Édité par l'AFCEN (Association Française pour les règles de Conception et de Construction des matériels des Chaudières Électro-Nucléaires) depuis 1980 (édition courante 2022), il est l'équivalent français du code ASME III américain. Il définit 3 niveaux d'exigences : N1 (équipements primaires comme cuves, GV, pressuriseur, pompes primaires, tuyauterie primaire), N2 (équipements secondaires sûreté), N3 (équipements supports sûreté). Le RCC-MX est l'adaptation aux réacteurs EPR (Flamanville 3, EPR2, Hinkley Point C UK). Le RCC-M couvre conception (calculs mécaniques), matériaux (aciers 16MND5, 18MND5, Inconel 690), fabrication (soudage), contrôles non destructifs, qualification fournisseurs.
Combien d'EPR2 sont prévus en France ?
EDF doit construire 6 réacteurs EPR2 commandés par le président Emmanuel Macron en février 2022 dans son discours de Belfort : 2 à Penly (Seine-Maritime 76), 2 à Gravelines (Nord 59), 2 à Bugey (Ain 01). L'enveloppe initiale annoncée en 2022 était de 51,7 Md€ pour les 6 réacteurs (estimation 2024 révisée), soit environ 8,6 Md€ par réacteur (à comparer aux 19 Md€ finaux de Flamanville 3 contre 3 Md€ initialement budgétés). La conception EPR2 est une version simplifiée et optimisée de l'EPR1, avec 4 boucles primaires (vs 4 EPR1), cuve plus compacte, durée de vie 60 ans, retours d'expérience Flamanville 3 intégrés. La première coulée de béton (FCB) est prévue à Penly en 2027, avec une mise en service échelonnée 2035-2042. Une option pour 8 EPR2 supplémentaires existe (total potentiel 14 réacteurs).