Que sont les pièces de fonderie et forge aciers spéciaux nucléaires rcc-m ?
Les pièces de fonderie et forge en aciers spéciaux nucléaires RCC-M équipent les composants critiques des îlots nucléaires REP, EPR et SMR : pièces forgées primaires (viroles cylindriques cuve réacteur, fonds bombés, brides tube-plate générateurs de vapeur, branches chaudes/froides circuit primaire), pièces moulées (corps de pompes primaires RCP, corps de vannes circuits RIS et RRA, supports tuyauteries), pièces forgées en superalliages base nickel (Inconel 690 pour tubes générateurs vapeur EPR, Inconel 718 pour boulonneries internes coeur, Inconel X-750 pour ressorts internes), pièces moulées en aciers inoxydables austénitiques (corps de pompes RCP en CF8M équivalent inox 316L moulé). Les forges nucléaires utilisent des presses libres de grande capacité (10 000 à 15 000 tonnes) pour produire des pièces unitaires de 50 à 500 tonnes forgées à chaud (1 250 °C) en alliages 16MND5, 18MND5, 20MND5 (aciers nucléaires faiblement alliés au Mn-Ni-Mo).
En France, la filière fonderie-forge nucléaire est concentrée sur quelques sites historiques. Framatome Le Creusot 71 (Saône-et-Loire, ex-Sfarsteel, ex-Creusot Forge fondée 1782 par Schneider, racheté Areva 2006 puis Framatome 2018, 600 salariés, CA 200 M€/an) possède la plus grande presse de forge libre d'Europe (15 000 tonnes installée 1956), capable de forger les viroles cuves EPR (Ø 4,9 m, 200 tonnes/pièce) et fonds bombés. Industeel Le Creusot 71 (filiale ArcelorMittal, 2 000 salariés, CA 800 M€/an) élabore les aciers nucléaires 16MND5, 18MND5, 20MND5 sous forme de lingots forgeables jusqu'à 500 tonnes pièce unitaire (four à arc 200 t + dégazage sous vide VD/VOD). Aubert & Duval (filiale Eramet, sites Pamiers 09 + Les Ancizes 63 + Issoire 63, 2 800 salariés, CA 700 M€/an) est leader français des superalliages base nickel Inconel 690, 718, X-750 pour les internes coeur des réacteurs nucléaires. Manoir Industries (siège Pîtres 27 Eure + 3 autres sites dont Vitry-le-François 51, 1 200 salariés) est spécialisée fonderie aciers spéciaux pour composants nucléaires moulés.
Spécifications techniques et procédés de production
Principales familles de pièces de fonderie et forge aciers spéciaux nucléaires RCC-M :
Familles de produits et caractéristiques
| Type de pièce | Matériau RCC-M | Masse unitaire / dimensions | Fabricant français principal |
|---|---|---|---|
| Virole cylindrique cuve EPR | Acier 16MND5 forgé | 100 à 200 t / Ø 4,9 m H 2 m | Framatome Le Creusot 71 (presse 15 000 t) |
| Fond bombé cuve EPR | Acier 16MND5 forgé | 80 t / Ø 4,9 m épaisseur 250 mm | Framatome Le Creusot 71 |
| Bride tube-plate générateur vapeur | Acier 18MND5 forgé | 80 t / Ø 4,5 m épaisseur 600 mm | Framatome Le Creusot 71 |
| Tubes générateur vapeur Inconel 690 | Superalliage nickel Inconel 690 | Ø 22 mm L 20 m / 5 800 tubes/GV | Vallourec Aulnoye-Aymeries 59 (TUBES), Aubert & Duval Pamiers 09 (lingots) |
| Corps pompe primaire RCP CF8M | Inox 316L moulé CF8M | 30 t / Ø 2 m H 3 m | Manoir Industries Pîtres 27 |
| Boulonnerie internes coeur Inconel 718 | Superalliage nickel Inconel 718 | 5 à 50 kg / boulons M30 à M100 | Aubert & Duval Pamiers 09, Les Ancizes 63 |
Grades et conditionnements commerciaux
- Virole cuve réacteur EPR Framatome Le Creusot 71 : acier 16MND5 forgé sur presse libre 15 000 t, dimensions Ø intérieur 4,9 m x H 2 m x épaisseur 250 mm, masse 100-200 t, équivalent ASTM A508 Grade 3 Class 1, propriétés Rm > 550 MPa, KV > 60 J à -20 °C.
- Tubes générateur vapeur EPR Inconel 690 TT (Thermally Treated) : Vallourec Aulnoye-Aymeries 59 fabrique 5 800 tubes par GV (5 800 x 4 = 23 200 tubes par EPR), Ø ext 22 mm x ép 1,1 mm x L 20 m, lingots Inconel 690 fournis par Aubert & Duval Pamiers 09.
- Corps pompe primaire RCP Manoir Industries Pîtres 27 : inox 316L moulé CF8M selon ASTM A351, masse 30 tonnes, dimensions Ø 2 m x H 3 m, qualification ESPN N1 RCC-M, débit pompe 24 000 m3/h à 155 bar et 286 °C.
- Boulonnerie internes coeur Inconel 718 Aubert & Duval Pamiers 09 : superalliage nickel Inconel 718 (composition 50 % Ni, 18 % Cr, 5 % Nb, 3 % Mo, 1 % Ti, 0,5 % Al), traitement thermique solution 980 °C + double vieillissement 720/620 °C, Rm > 1 240 MPa.
- Ressorts internes Inconel X-750 Aubert & Duval Les Ancizes 63 : superalliage nickel Inconel X-750 (composition 70 % Ni, 15 % Cr, 7 % Fe, 2,5 % Ti, 0,7 % Al, 1 % Nb), résistance corrosion contrainte SCC en milieu primaire borate-lithine 320 °C.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables aux pièces fonderie-forge aciers spéciaux nucléaires :
- RCC-M édition 2022 (AFCEN) : Tome 4 (matériaux) définit aciers nucléaires 16MND5, 18MND5, 20MND5, inox 304L, 316L, 316NG, superalliages Inconel 690, 718, X-750 pour internes coeur.
- NF EN 10222 : Pièces forgées en acier pour service sous pression, applicable forgeages Industeel Le Creusot 71 et Framatome Le Creusot 71.
- NF EN 10213 : Pièces moulées en acier pour service sous pression, applicable fonderie Manoir Industries Pîtres 27 et Vitry-le-François 51.
- ASTM A508 Grade 3 Class 1 (USA) : forgings for nuclear pressure vessels, équivalent international 16MND5 français, classification reconnue par NRC Nuclear Regulatory Commission.
- ASTM A351 CF8M (USA) : steel castings for pressure-containing parts, équivalent inox 316L moulé français, applicable corps pompes primaires RCP.
- EN 9100 + ISO 9001 + ASME N-Stamp : systèmes qualité fabrication pièces aéronautiques et nucléaires, agréments Framatome Le Creusot 71 et Aubert & Duval Pamiers 09.
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles de fabrication d'une pièce forgée ou moulée acier nucléaire :
Élaboration acier four à arc + dégazage sous vide
Élaboration acier 16MND5 par four à arc électrique 200 t Industeel Le Creusot 71 + dégazage sous vide VD/VOD pour pureté H < 1 ppm, O < 30 ppm, N < 100 ppm, coulée lingot 200 à 500 tonnes hauteur 5 m.
Pré-chauffage four à 1 250 °C
Pré-chauffage lingot dans four à gaz nucléaire 1 250 °C pendant 12 à 24 h pour mise en température homogène avant forgeage, contrôle thermique par thermocouples sondes embarquées.
Forgeage sur presse libre 15 000 t Framatome Le Creusot 71
Forgeage virole sur presse libre 15 000 tonnes Framatome Le Creusot 71 (installée 1956, plus grande presse de forge libre d'Europe), opérations successives allongement-écrasement-refoulement, durée 8 à 16 h selon pièce, masse virole 100-200 t.
Traitement thermique trempe + revenu
Traitement thermique de la pièce forgée : austénitisation 880-920 °C dans four à gaz pendant 8-12 h, trempe à l'eau forte agitation, suivi revenu 620-660 °C pendant 6-8 h pour structure bainitique fine.
Usinage CNC 5 axes et contrôles dimensionnels
Usinage CNC 5 axes (machines Forest-Liné, Heidenhain) pour précision géométrique +/-0,1 mm sur faces d'appui et alésages internes, contrôle dimensionnel 3D par laser tracker Leica, plans cotés selon dossier qualité.
Contrôles CND et essais mécaniques RCC-M
Contrôles non destructifs CND complets : ultrasons multi-éléments Phased Array (détection défauts internes > 2 mm), radiographie X 9 MeV (épaisseurs > 100 mm), ressuage et magnétoscopie surfaces, essais mécaniques traction et résilience à -20 °C selon RCC-M.
Le marché français
Le marché français des pièces forgées et moulées nucléaires représente environ 300 à 400 M€ par an en 2025, en croissance soutenue par le programme EPR2 EDF (6 réacteurs commandés mars 2022) et le programme SMR Nuward EDF (170 MW, démarrage 2035). Une cuve réacteur EPR2 nécessite 5 viroles forgées (5 x 100-200 t = 500 à 1 000 tonnes acier 16MND5), 2 fonds bombés (2 x 80 t = 160 tonnes), 4 brides tube-plate générateurs de vapeur (4 x 80 t = 320 tonnes), soit environ 1 000 à 1 500 tonnes de pièces forgées primaires par réacteur EPR2. Sur 6 EPR2, le besoin total représente 6 000 à 9 000 tonnes de pièces forgées primaires à fabriquer entre 2025 et 2040, soit la pleine charge des forges Le Creusot 71 pendant 15 ans.
Framatome Le Creusot 71 (600 salariés, CA 200 M€/an) a vécu une crise majeure 2015-2018 (révélation par ASN d'anomalies de qualité sur 87 pièces forgées Creusot Forge dont la cuve Flamanville 50 EPR, perte temporaire d'agrément ASN, dossier dit 'Falsifications Creusot Forge'). Le site a été restructuré par Framatome avec un plan 200 M€ 2018-2024 (refonte qualité ISO 9001 + EN 9100 + ASME N-Stamp, formation 600 salariés, traçabilité numérique des lots forgés, retour agrément ASN en 2019, certification IRSN). Le retour à pleine charge industrielle est intervenu fin 2023 avec démarrage forgeage cuves EPR2 Penly 76 paire 1 (réception 1er lingot 500 t février 2024 livré par Industeel Le Creusot 71). Aubert & Duval Pamiers 09 (filiale Eramet) a investi 100 M€ 2022-2026 pour moderniser sa filière superalliages base nickel et capter le marché internes coeur EPR2.
Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal, 2 000 salariés, CA 800 M€/an) investit 80 M€ entre 2024 et 2028 dans modernisation four à arc 200 t et capacité forgeage acier 16MND5 (+30 % capacité, lingots jusqu'à 600 tonnes). Aubert & Duval (filiale Eramet depuis 2022, sites Pamiers 09 + Les Ancizes 63 + Issoire 63, 2 800 salariés, CA 700 M€/an) investit 200 M€ 2024-2030 pour répondre aux besoins nucléaire (Inconel 690 tubes GV, Inconel 718 internes coeur) et aéronautique (Safran moteurs LEAP, Snecma M88 Rafale). Manoir Industries (sièges Pîtres 27 Eure + Vitry-le-François 51 + 2 autres sites, 1 200 salariés) investit 30 M€ 2023-2027 dans modernisation fonderie aciers spéciaux pour composants nucléaires moulés. Le secteur fonderie-forge nucléaire emploie environ 6 000 personnes en France.
Applications et débouchés industriels
Programmes publics et stratégiques soutenant la filière française fonderie-forge nucléaire :
- Programme EPR2 EDF (52 Md€ 2022-2042) : 6 réacteurs EPR2 = 6 000 à 9 000 t pièces forgées primaires (viroles, fonds, brides) à fabriquer chez Framatome Le Creusot 71.
- France 2030 nucléaire (1 Md€ 2022-2030) : SMR Nuward EDF Cadarache 13, soutien filière équipementiers fonderie-forge nucléaire, formation 100 000 emplois.
- Plan France Relance industrie (1 Md€ 2020-2022) : modernisation outils industriels fonderie-forge, soutien Industeel Le Creusot 71 et Aubert & Duval Pamiers 09.
- Programme CORAC aéronautique nucléaire dual (200 M€ 2021-2025) : développement superalliages base nickel Inconel 690/718 pour usages nucléaires et aéronautiques (mutualisation R&D).
- Programme Européen Horizon Europe Euratom (300 M€ 2021-2027) : R&D matériaux nucléaires nouvelle génération (aciers ODS pour SMR sodium ASTRID, alliages Réacteurs IV Génération).
Questions fréquentes
Qui fabrique les pièces forgées des cuves nucléaires en France ?
Framatome Le Creusot 71 (Saône-et-Loire, ex-Sfarsteel, ex-Creusot Forge fondée 1782, racheté Areva 2006 puis Framatome 2018, 600 salariés, CA 200 M€/an) est le seul site français capable de forger les viroles cylindriques et les fonds bombés des cuves réacteurs EPR et EPR2. Le site possède la plus grande presse de forge libre d'Europe (15 000 tonnes installée 1956). Industeel Le Creusot 71 (filiale ArcelorMittal, 2 000 salariés, CA 800 M€/an) élabore les aciers nucléaires 16MND5, 18MND5, 20MND5 sous forme de lingots forgeables jusqu'à 500 tonnes pièce unitaire grâce à un four à arc 200 tonnes et un dégazage sous vide VD/VOD. La filière française est concurrencée à l'international par Japan Steel Works JSW Muroran (Japon), Doosan Heavy Industries Corée du Sud, Sheffield Forgemasters UK, et plus récemment par les chinois CFHI et Shanghai Electric.
Qu'est-ce que la presse libre de 15 000 tonnes Le Creusot 71 ?
La presse libre de 15 000 tonnes de Framatome Le Creusot 71 (anciennement Schneider, puis Creusot-Loire, Sfarsteel, Areva, désormais Framatome) est installée depuis 1956 et constitue la plus grande presse de forge libre d'Europe encore en exploitation. Elle permet le forgeage à chaud (1 250 °C) de pièces unitaires de 50 à 500 tonnes en aciers nucléaires faiblement alliés (16MND5, 18MND5, 20MND5) et en aciers inoxydables (304L, 316L). Le forgeage 'libre' (par opposition au forgeage matricé) utilise des outils plans (pannes, tas, matrices ouvertes) avec rotation continue de la pièce sur la table de manipulation, permettant de produire des formes axisymétriques (viroles cylindriques cuves) ou des fonds bombés par emboutissage à chaud. Les pièces produites équipent les cuves EPR (viroles Ø 4,9 m x H 2 m x 200 t), pressuriseurs, générateurs vapeur, accumulateurs ISMP.
Qu'est-ce que l'Inconel 690 utilisé pour les tubes générateurs vapeur ?
L'Inconel 690 TT (Thermally Treated) est un superalliage base nickel développé par Special Metals (Inco, désormais PCC Group) pour remplacer l'Inconel 600 utilisé historiquement pour les tubes générateurs vapeur des REP. L'Inconel 600 présentait une vulnérabilité à la corrosion sous contrainte SCC en milieu primaire (eau borée à 320 °C contenant 2 ppm lithine), causant des fissures et fuites primaire/secondaire constatées sur 30 % des GV REP dans les années 1990-2000 (programme remplacement GV EDF 12 Md€ 1990-2010). L'Inconel 690 (composition 60 % Ni, 30 % Cr, 9 % Fe, 0,02 % C) avec sa teneur élevée en chrome 30 % offre une excellente résistance SCC et corrosion généralisée. Vallourec Aulnoye-Aymeries 59 fabrique les tubes Inconel 690 TT pour les générateurs vapeur EPR (5 800 tubes/GV x 4 GV/EPR = 23 200 tubes/EPR), à partir de lingots Inconel 690 fournis par Aubert & Duval Pamiers 09.
Qui est Aubert & Duval dans la filière nucléaire française ?
Aubert & Duval (filiale du groupe Eramet depuis le rachat 2022, sites historiques Pamiers 09 Ariège + Les Ancizes 63 Puy-de-Dôme + Issoire 63, 2 800 salariés, CA 700 M€/an) est le leader français des superalliages base nickel (Inconel 690, 718, X-750), titanes (TA6V, Ti-6242), aciers maraging et aciers inoxydables haute performance. Pour la filière nucléaire, Aubert & Duval fournit les lingots Inconel 690 pour les tubes générateurs vapeur EPR (transformés par Vallourec Aulnoye-Aymeries 59), les boulonneries Inconel 718 pour les internes coeur (boulons M30 à M100 sous contraintes 1 240 MPa), les ressorts Inconel X-750 pour les internes (résistance SCC en milieu primaire borate-lithine 320 °C). Aubert & Duval est également fournisseur majeur de Safran Aircraft Engines (moteurs LEAP A320neo/B737MAX), Snecma (M88 Rafale), Airbus Helicopters, et de Naval Group pour sous-marins nucléaires SNA Suffren et SNLE 3G.