Que sont les réservoirs et capacités sous pression nucléaires ?
Les réservoirs et capacités sous pression nucléaires (Équipements Sous Pression Nucléaires ESPN) sont des équipements mécaniques fermés contenant des fluides sous pression (eau primaire à 155 bar et 320 °C dans REP, vapeur secondaire à 70 bar et 285 °C, gaz inertes azote et hydrogène, fluides borés) classés en trois niveaux ESPN selon leur importance pour la sûreté et la radioactivité du fluide contenu. ESPN N1 (niveau 1) : équipements du circuit primaire principal incluant cuve réacteur, pressuriseur, générateurs de vapeur côté primaire, branches chaudes/froides, accumulateurs ISMP injection de sécurité moyenne pression. ESPN N2 (niveau 2) : équipements en contact direct ou indirect avec circuit primaire, dont circuit RCV contrôle volumique chimique, circuit RIS injection de sécurité haute et basse pression, circuit RRA refroidissement réacteur à l'arrêt. ESPN N3 (niveau 3) : équipements auxiliaires non en contact direct avec primaire, capacités stockage fluides borés, circuit vapeur secondaire après générateur vapeur.
En France, la fabrication des ESPN N1 cuve réacteur est concentrée chez Framatome Le Creusot 71 (Saône-et-Loire, ex-Creusot Forge fondée 1782 par Schneider, ex-Sfarsteel, racheté Areva en 2006 puis Framatome depuis 2018, 600 salariés, CA 200 M€/an), seul site français capable de forger les viroles cylindriques et les fonds bombés cuve réacteur EPR (diamètre intérieur 4,9 m, hauteur 12,7 m, masse vide 526 tonnes, épaisseur 250 mm). Le site historique a été créé par Eugène Schneider en 1837 et possède la plus grande presse de forge libre d'Europe (15 000 tonnes) installée en 1956. Industeel Le Creusot 71 (filiale ArcelorMittal, 2 000 salariés, CA 800 M€/an) fournit les aciers nucléaires faiblement alliés 16MND5, 18MND5, 20MND5 sous forme de lingots forgeables (jusqu'à 500 tonnes pièce unitaire). Pour les ESPN N2 et N3 (capacités auxiliaires), Eiffage Metal Lauterbourg 67 (Bas-Rhin, 350 salariés), Saipem (filiale du groupe italien Saipem, équipement nucléaire), Endel Engie et Vinci Énergies assemblent les capacités sous référentiel ESPN avec qualifications soudures RCC-M.
Spécifications techniques et procédés de production
Principales familles de réservoirs et capacités sous pression nucléaires fabriquées en France :
Familles de produits et caractéristiques
| Type ESPN | Conditions service | Dimensions / masse | Fabricant français principal |
|---|---|---|---|
| Cuve réacteur EPR (N1) | 155 bar / 320 °C eau primaire | Ø 4,9 m x H 12,7 m / 526 t | Framatome Le Creusot 71 (viroles + fonds) |
| Pressuriseur (N1) | 155 bar / 345 °C vapeur primaire | Ø 2,8 m x H 14,4 m / 150 t | Framatome Le Creusot 71 |
| Générateur vapeur côté primaire (N1) | 155 bar / 320 °C eau primaire | Ø 4,5 m x H 23 m / 500 t | Framatome Saint-Marcel 71 (cuve), Le Creusot 71 (brides) |
| Accumulateurs ISMP (N1) | 40 bar / 50 °C eau borée | Ø 3 m x H 6 m / 80 t | Saipem, Framatome Saint-Marcel 71 |
| Capacité RIS / RRA (N2) | 20 bar / 90 °C eau borée | Ø 2 m x H 8 m / 40 t | Eiffage Metal Lauterbourg 67, Saipem |
| Capacité stockage REA (N3) | 10 bar / 50 °C eau borée stockage | Ø 5 m x H 12 m / 60 t | Eiffage Metal Lauterbourg 67, Endel Engie |
Grades et conditionnements commerciaux
- Cuve réacteur EPR Framatome Le Creusot 71 : acier 16MND5 (équivalent ASTM A508 Grade 3 Class 1), revêtement intérieur inox 308L/309L 7 mm soudé strip-cladding, viroles forgées 15 000 t presse libre, fond inférieur emboutissage à chaud, dimensions Ø 4,9 m x H 12,7 m x 526 t.
- Pressuriseur EPR Framatome Le Creusot 71 : acier 18MND5 forgé, dôme supérieur bombé, chauffeurs électriques immergés 1 800 kW, capacité 75 m3 dont 50 % vapeur, contrôle pression primaire 155 bar +/- 1 bar, qualifié ESPN N1.
- Générateur de vapeur EPR : Framatome Saint-Marcel 71 fabrique cuve secondaire (Ø 4,5 m, H 23 m, 500 t), Framatome Le Creusot 71 fournit brides primaires forgées (tubular plate épaisseur 600 mm, masse 80 tonnes).
- Accumulateur ISMP EPR (Injection Sécurité Moyenne Pression) : capacité 50 m3 eau borée à 2 300 ppm bore, pression nominale 40 bar gaz azote, 4 accumulateurs par réacteur EPR, fournisseur Saipem ou Framatome Saint-Marcel 71.
- Capacité stockage REA (Réservoir Eau Appoint) EPR : capacité 1 500 m3 eau borée à 2 500 ppm, dimensions Ø 5 m x H 12 m, acier inox 304L, classification ESPN N3, fournisseur Eiffage Metal Lauterbourg 67.
Normes et réglementations
Référentiels normatifs et réglementaires applicables aux réservoirs et capacités sous pression nucléaires :
- Arrêté du 12 décembre 2005 modifié ESPN : Équipements Sous Pression Nucléaires, définit les exigences N1/N2/N3 selon importance sûreté, transposé Décret 2015-799 du 1er juillet 2015.
- RCC-M édition 2022 (AFCEN) : Règles de Conception et de Construction des Matériels Mécaniques REP, Tome 1 (généralités) à Tome 4 (matériaux), niveaux 1/2/3 selon classement sûreté.
- DESP 2014/68/UE : Directive Équipements Sous Pression européenne, applicable ESPN N3 et ESP non nucléaires, certification CE par organismes notifiés (Bureau Veritas, Apave).
- ASME III Subsection NB / NC / ND (USA) : Class 1, 2, 3 selon importance sûreté, équivalent RCC-M pour export USA (réacteurs Westinghouse AP1000, BWXT SMR).
- NF EN 10222 : Pièces forgées en acier pour service sous pression, applicable forgeages Industeel Le Creusot 71 et Framatome Le Creusot 71.
- ASTM A508 Class 3 (USA) : forgings nuclear pressure vessels, équivalent international 16MND5 français, fournisseurs USA Lehigh Heavy Forge et Sheffield Forgemasters UK.
Procédés industriels détaillés
Étapes industrielles de fabrication d'une cuve réacteur ou capacité sous pression nucléaire :
Élaboration lingot acier 16MND5 par Industeel Le Creusot 71
Élaboration lingot acier nucléaire 16MND5 par four à arc électrique 200 t Industeel Le Creusot 71 + dégazage sous vide VD/VOD pour pureté < 10 ppm hydrogène, coulée lingot 500 tonnes hauteur 5 m, refroidissement contrôlé 24-48h.
Forgeage virole sur presse libre 15 000 t Framatome Le Creusot 71
Forgeage virole cylindrique sur presse libre 15 000 tonnes Framatome Le Creusot 71 (installée 1956, plus grande Europe), chauffe four 1 250 °C, allongement-écrasement-refoulement, contrôle dimensionnel laser 3D, masse virole 80 à 200 t.
Traitement thermique trempe + revenu
Traitement thermique austénitisation 880-920 °C puis trempe à l'eau, suivi revenu 620-660 °C 6-8h pour structure bainitique fine optimale, propriétés mécaniques Rm > 550 MPa, A% > 18, KV > 60 J à -20 °C.
Soudage TIG narrow-gap et étanchéité hélium
Soudage assemblage viroles cuve par TIG narrow-gap robotisé (largeur saignée 6-8 mm, 50 à 100 passes), matériau apport 16MND5 ou 18MND5 selon zone, contrôle CND systématique (radiographie X, ultrasons Phased Array, ressuage).
Revêtement intérieur strip-cladding inox 308L/309L
Revêtement intérieur de la cuve par strip-cladding inox 308L (couche intermédiaire) + 309L (couche extérieure), épaisseur totale 7 mm, traitement de surface poli miroir Ra < 0,8 µm, protection contre corrosion eau primaire.
Inspections finales et marquage ESPN
Inspections finales par organisme notifié Bureau Veritas ou Apave : épreuve hydrostatique 1,43 x Pression de Service (220 bar pour cuve 155 bar), contrôles CND complets, marquage ESPN N1 + n° série + date fabrication, dossier DESP final.
Le marché français
Le marché français des réservoirs et capacités sous pression nucléaires représente environ 400 à 500 M€ par an en 2025, en forte croissance avec le programme EPR2 EDF (6 réacteurs commandés mars 2022, 52 Md€ total, 1ère paire Penly 76 horizon 2027). Une cuve réacteur EPR2 nécessite 1 cuve (Framatome Le Creusot 71, valeur 200 M€), 1 pressuriseur (60 M€), 4 générateurs de vapeur (Framatome Saint-Marcel 71, 400 M€), 4 accumulateurs ISMP (40 M€), soit environ 700 M€ d'équipements N1 par réacteur. Sur 6 EPR2, le marché ESPN N1 français représente 4,2 Md€ à fabriquer entre 2025 et 2040. Framatome Le Creusot 71 (600 salariés, CA 200 M€/an) capte 80 % du marché français ESPN N1, le solde étant capté par concurrents étrangers (Doosan Corée, Japan Steel Works JSW Muroran, Sheffield Forgemasters UK).
Framatome Le Creusot 71 a vécu une crise majeure 2015-2018 (révélation d'anomalies de qualité sur 87 pièces forgées par l'ASN, dossier dit 'Creusot Forge', perte temporaire d'agrément ASN, mise sous tutelle CEA-Areva). Le site a été restructuré par Framatome avec un plan d'investissement 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). 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). Les générateurs de vapeur sont fabriqués chez Framatome Saint-Marcel 71 (Saône-et-Loire, 600 salariés également) avec mêmes garanties qualité.
Framatome (filiale 75,5 % EDF + 19,5 % Mitsubishi MHI + 5 % Assystem, 18 000 salariés, CA 3,4 Md€/an en 2024) investit 500 M€ entre 2023 et 2030 dans les sites Le Creusot 71 et Saint-Marcel 71 pour répondre aux besoins EPR2 EDF + SMR Nuward EDF + export (UK Hinkley Point C et Sizewell C, Inde Jaitapur 6 EPR projet à l'étude, République tchèque). Industeel Le Creusot 71 (ArcelorMittal, 2 000 salariés, CA 800 M€/an) investit 80 M€ 2024-2028 dans modernisation four à arc et capacité forgeage acier 16MND5 (+30 % capacité). Eiffage Metal Lauterbourg 67 et Saipem accélèrent leur positionnement sur les capacités ESPN N2/N3 EPR2 et SMR Nuward (1 GW Nuward EDF Cadarache 13, démarrage 1ère unité 2035). Le secteur emploie environ 3 500 personnes en France sur les ESPN nucléaires.
Applications et débouchés industriels
Programmes publics et stratégiques soutenant la filière française ESPN nucléaires :
- Programme EPR2 EDF (52 Md€ 2022-2042) : 6 réacteurs EPR2 = 4,2 Md€ d'ESPN N1 (cuves, pressuriseurs, générateurs vapeur, accumulateurs ISMP) à fabriquer.
- Grand Carénage EDF (50 Md€ 2014-2030) : remplacement générateurs de vapeur 56 réacteurs existants, marché 8 Md€ Framatome Saint-Marcel 71.
- France 2030 nucléaire (1 Md€ 2022-2030) : SMR Nuward EDF Cadarache 13 (170 MW, démarrage 2035), formation 100 000 emplois nucléaires.
- Plan France Relance nucléaire (470 M€ 2020-2022) : modernisation filière équipementiers, formation soudeurs nucléaires CEFRI.
- Programme EPR Inde Jaitapur (6 EPR EDF, négociation 9 Md€) : opportunité export Framatome Le Creusot 71 et Saint-Marcel 71 pour cuves et générateurs vapeur.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'un équipement ESPN nucléaire ?
Un ESPN (Équipement Sous Pression Nucléaire) est un équipement mécanique fermé contenant un fluide sous pression utilisé dans une installation nucléaire de base INB. Les ESPN sont classés en trois niveaux selon l'Arrêté du 12 décembre 2005 modifié. ESPN N1 (niveau 1) : équipements du circuit primaire principal incluant cuve réacteur, pressuriseur, générateurs de vapeur côté primaire, branches chaudes/froides du circuit primaire, accumulateurs ISMP. Ces équipements sont soumis à la réglementation la plus stricte avec inspection par l'ASN. ESPN N2 (niveau 2) : équipements en contact direct ou indirect avec circuit primaire (circuits RCV, RIS, RRA). ESPN N3 (niveau 3) : équipements auxiliaires non en contact direct avec primaire (capacités stockage fluides borés, circuit vapeur secondaire après générateur vapeur). Les ESPN doivent respecter le RCC-M édition 2022 d'AFCEN.
Qui fabrique la cuve réacteur EPR en France ?
Framatome Le Creusot 71 (Saône-et-Loire, ex-Creusot Forge fondée 1782, ex-Sfarsteel, 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 de la cuve réacteur EPR (diamètre intérieur 4,9 m, hauteur 12,7 m, masse vide 526 tonnes, épaisseur 250 mm). 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) fournit les aciers nucléaires faiblement alliés 16MND5 et 18MND5 sous forme de lingots forgeables jusqu'à 500 tonnes pièce unitaire. La fabrication d'une cuve EPR prend 18 à 24 mois entre élaboration acier et fin des contrôles non destructifs. La valeur unitaire d'une cuve EPR est d'environ 200 M€.
Qu'est-ce que l'acier 16MND5 nucléaire ?
L'acier 16MND5 est l'acier nucléaire de référence français pour les équipements ESPN N1 (cuve réacteur, pressuriseur, générateurs de vapeur), équivalent international ASTM A508 Grade 3 Class 1 (USA) et SA-508 Cl 3 (Japon). C'est un acier faiblement allié au manganèse-nickel-molybdène (composition 0,16 % C, 1,2 à 1,5 % Mn, 0,4 à 0,8 % Ni, 0,4 à 0,6 % Mo, < 0,5 % Cr) avec haute résilience à basse température (KV > 60 J à -20 °C), excellente soudabilité par TIG narrow-gap, et bonne résistance à la fragilisation par irradiation neutronique (limitation cuivre < 0,08 % et phosphore < 0,008 %). Industeel Le Creusot 71 fabrique le 16MND5 et ses variantes 18MND5 (plus chargé Ni) et 20MND5 (plus chargé Ni-Mo) sous forme de lingots forgeables jusqu'à 500 tonnes pour Framatome Le Creusot 71. La pureté requise est H < 1 ppm, O < 30 ppm, N < 100 ppm.
Quelle norme s'applique à la fabrication des ESPN nucléaires ?
La fabrication des Équipements Sous Pression Nucléaires (ESPN) suit un référentiel multiple en France. Au niveau réglementaire : l'Arrêté du 12 décembre 2005 modifié relatif aux équipements sous pression nucléaires définit les exigences selon les trois niveaux N1, N2, N3 et impose certification par organisme notifié (Bureau Veritas, Apave). Au niveau technique : le RCC-M édition 2022 d'AFCEN (Association Française pour les règles de Conception et Construction des matériels des chaudières Électronucléaires) couvre la conception, le choix matériaux, le soudage, les contrôles non destructifs et l'épreuve hydrostatique. Au niveau européen : la DESP 2014/68/UE Directive Équipements Sous Pression s'applique également aux ESPN N3. À l'international : l'ASME III Subsection NB/NC/ND USA (Class 1/2/3) est utilisé pour l'export, équivalent global du RCC-M français. Framatome Le Creusot 71 est titulaire des agréments ASN (France), ASME N-Stamp (USA), KEPIC (Corée).