Toutes les réponses à vos questions sur le plan d’amélioration de l’usine d’AREVA NP du Creusot

  • 1. Quelles sont les activités de l’usine du Creusot ?

    Creusot Forge est l’une des seules forges au monde à pouvoir fabriquer les pièces forgées des composants lourds de l’îlot nucléaire. En plus d’une forge, elle dispose d’une fonderie, de deux ateliers d’usinage, d’un atelier de découpe d’éprouvettes et d’un laboratoire d’essais mécaniques et d’analyses chimiques.
    L’usine du Creusot assure le forgeage, le traitement thermique et l’usinage de pièces en acier forgées ou moulées de grande taille pesant jusqu’à près de 260 tonnes : couvercle de cuve de réacteur, dôme de générateur de vapeur, fond de pressuriseur…

    Repères chronologiques

    1782 : début des activités de fonderie
    1876 : premier marteau-pilon à vapeur (500 tonnes)
    2006 : rachat par le groupe AREVA
    2009 : rénovation de la presse de 11 300 tonnes
    2014 : nouvelle presse de 9 000 tonnes couplée à un manipulateur de 200 tonnes
    2017 : plan d’investissement de plus de 8 millions euros

    Chiffres clés 2017

    220 salariés
    2 presses (9 000 et 11 300 tonnes)
    14 fours
    27 machines d’usinage

  • 2. Quelles actions ont été menées par le groupe AREVA depuis le rachat de la forge pour maintenir l’outil industriel et répondre aux exigences de l’industrie nucléaire?

    Dès son rachat en 2006, AREVA a mis en œuvre des actions pour amener‎ l'usine aux standards du groupe AREVA et de l'industrie nucléaire. AREVA a investi 200 millions d'euros sur le site du Creusot depuis le rachat : notamment pour la rénovation de la presse de 11 300 tonnes et l’achat d’une nouvelle presse de 9 000 tonnes couplée à un manipulateur de 200 tonnes.

    Les effectifs sur ce site ont doublé depuis 2006 et la formation des salariés constitue un axe essentiel du maintien et du développement des compétences.

    AREVA NP confirme la forge comme l’une de ses priorités en y investissant en 2017 plus de 8 millions d’euros, avec pour objectif d’assurer la qualité des pièces produites.

  • 3. Qu’est-ce que le forgeage ?

    Le forgeage est un procédé de mise en forme de pièces à partir d’un lingot d’acier, par une alternance de chauffes (montée en température au four) et de passages sous presse pour donner la forme voulue à la pièce. Le forgeage permet de conférer aux pièces des caractéristiques mécaniques très performantes.

    Une fois les pièces mises en forme, il reste à leur conférer leurs caractéristiques mécaniques finales et ce, de la manière la plus homogène possible grâce au traitement thermique de qualité (TTQ).

    La forge reçoit de l’aciérie deux types de lingots différents : des lingots pleins et des lingots creux. Ces lingots peuvent peser entre 75 et 262 tonnes. Les lingots ont une forme légèrement conique pour faciliter le démoulage et présentent des cannelures pour éviter les défauts en surface. Ils sont acheminés par rail depuis l’aciérie.

    À noter, la tête et le pied du lingot sont chutés, c’est-à-dire ôtés. Le chutage de la tête permet de supprimer la masselotte (zone de ségrégation carbone importante, notamment). Le pied sert essentiellement à la manipulation - sa présence n’est pas systématique-.

  • 4. Comment procède-t-on à l’assemblage et la fabrication des composants ?

    Les pièces forgées, les pièces moulées ainsi que les futurs éléments internes (tubes, enveloppes internes, disques en inox, etc.) des composants sont usinés et progressivement assemblés par soudage, sous-ensemble par sous-ensemble. AREVA NP réalise ces opérations dans ses usines du Creusot et de Saint-Marcel.

  • 5. Qu’est-ce que le traitement thermique de qualité ?

    Le traitement thermique de qualité (TTQ) consiste à chauffer la pièce pendant plusieurs jours à une température allant jusqu’à 1 000°C afin de donner à l’acier les caractéristiques voulues.

    Creusot Forge dispose d’une gamme de neuf fours de traitement thermique dans lesquels les pièces sont réchauffées conformément à des cycles de traitement préalablement établis.

    Ces cycles vont intercaler des phases contrôlées de chauffage avec des phases d’homogénéisation et des phases de refroidissement plus ou moins rapides (trempe à eau ou à air).

  • 6. Qu’est-ce que la trempe ?

    La trempe intervient après les phases de traitement thermique : elle consiste en un refroidissement rapide dans l’eau visant à figer les caractéristiques de l’acier.

  • 7. Qu’est-ce que l’usinage ?

    L’usinage est une mise aux dimensions d’utilisation données par le client, au millimètre près.

    L’usinage est effectué lorsque la pièce a passé avec succès les essais mécaniques. En complément des essais mécaniques, des essais non-destructifs sont réalisés sur la pièce.

    Après usinage, la pièce forgée est assemblée à d’autres pièces par soudage, sous-ensemble par sous-ensemble, pour constituer le composant. AREVA NP réalise ces opérations dans ses usines du Creusot et de Saint-Marcel.

  • 8. Qu’est-ce qu’un dossier de fabrication ? Quelle différence avec le rapport de fin de fabrication ?

    Le dossier de fabrication trace l’historique des différentes étapes de fabrication d’une pièce et comporte l’ensemble des prescriptions techniques à respecter. Ce dossier regroupe l’ensemble des fiches suiveuses garantissant la traçabilité des opérations et des procès-verbaux des opérations de fabrication, de chimie, de traitement thermique, de caractéristiques mécaniques, etc., qui témoignent de la conformité de la pièce.

    Le dossier de fabrication d’une pièce forgée ou moulée (une virole par exemple) compte en moyenne 400 pages.

    Le rapport de fin de fabrication (RFF) rassemble quant à lui l’ensemble des documents attestant du respect des exigences contractuelles selon des dispositions établies avec le client. À ce titre, il ne reprend pas l’intégralité du dossier de fabrication. C’est le RFF qui est transmis au client.

  • 9. Quels types de contrôle sont réalisés sur les pièces afin de démontrer leur qualité ?

    Deux types de contrôles sont réalisés sur les pièces forgées ou moulées et sur les soudures au cours de leur fabrication :

    • Des contrôles non-destructifs (CND) : contrôle visuel et contrôle de l’intégrité des pièces en surface (ressuage et magnétoscopie) et en profondeur (ultrasons et radiographie), courants de Foucault, télémétrie-laser.
    • Des contrôles destructifs (par le biais de prélèvements d’échantillons sur la pièce) visent à s’assurer des propriétés mécaniques et de la structure des pièces. Il s’agit essentiellement d’essais mécaniques (essais de traction, de résilience, de dureté et essais Pellini), d’analyses chimiques et de mesures de la taille de grains.

     Pour un générateur de vapeur d’un réacteur de 900 MW, ce sont plus de 450 essais qui sont réalisés.

  • 10. En quoi consistent les contrôles non-destructifs ?

    Les contrôles non-destructifs sont des procédés de contrôle de la qualité des pièces forgées. La surface est contrôlée par ressuage (voir question 11) et par magnétoscopie (voir question 12) en complément du contrôle visuel. La structure interne est contrôlée par ultrasons ou par radiographie.

  • 11. Qu’est-ce que le ressuage ?

    Le ressuage est un contrôle non destructif surfacique : il permet de détecter les défauts en surface. Un liquide pénétrant coloré est appliqué manuellement sur la surface de la pièce qui est ensuite rincée. L’application d’un révélateur fait apparaître le pénétrant qui aurait été piégé par d’éventuels défauts.

  • 12. Qu’est-ce que le contrôle par magnétoscopie ?

    La magnétoscopie est un contrôle non destructif surfacique et sub-surfacique réservé aux matériaux contenant du fer : elle permet de détecter des fissures en surface ou sous-jacentes (jusqu’à quelques millimètres de profondeur).
    La magnétoscopie consiste à aimanter la pièce à l’aide d'un champ magnétique. Un produit indicateur est appliqué sur la surface. Ce produit est attiré au droit des éventuelles discontinuités.

  • 13. Qu’est-ce que le contrôle par ultrasons ?

    Le contrôle par ultrasons est un contrôle non destructif qui permet de détecter tout défaut de type fissure, inclusion, porosité, ... dans les matériaux métalliques et les soudures.
    Comparable à l’échographie médicale, il consiste à émettre et faire se propager une onde ultrasonore dans la pièce à inspecter puis à recueillir et analyser l’onde. Le diagnostic s’effectue à partir de l’analyse des signaux reçus, la présence d’un défaut se signalant par la réception d’échos provenant de la réflexion ou diffraction du faisceau. L’analyse de l’écho informe sur la localisation du défaut.

  • 14. En quoi consistent les essais mécaniques ?

    Les essais mécaniques (ou destructifs) consistent à vérifier si les propriétés mécaniques de l’acier d’une pièce forgée répondent aux prescriptions du client avant d’en poursuivre la fabrication.

    Pour réaliser ces essais, jusqu’à une centaine d’échantillons témoins (éprouvettes) sont prélevés directement dans la masse de la pièce forgée. L’éprouvette est usinée pour correspondre à un essai mécanique donné. Le prélèvement s’effectue dans des directions et des épaisseurs répondant au cahier des charges du client (à mi- épaisseur, à quart-épaisseur, en peau, sens long, sens travers…).

    Quatre familles d’éprouvettes sont prélevées pour un type donné d’essai mécanique : essai de traction, essai de résilience, essai Pellini et essai de dureté (de gauche à droite sur l’infographie).

    Un examen métallographique est en outre réalisé afin de vérifier la structure de la pièce forgée. Ces essais et examens sont complétés par des analyses chimiques de l’acier.

    Depuis la mise en œuvre du plan d’amélioration, les éprouvettes sont conservées pendant toute la durée de la vie de la pièce forgée.

  • 15. Qu’est-ce qu’un essai de traction ?

    L’essai de traction est un essai mécanique visant à mesurer l’élasticité et la résistance de l’acier. L’essai consiste à progressivement étirer l’éprouvette à ses deux extrémités jusqu’à la rupture. L’essai est réalisé à différentes températures selon les codes et les normes applicables et les demandes spécifiques du client : ambiante et chaude (de 150°C à 350°C).

    Quatre valeurs sont enregistrées :

    • Limite d’élasticité : traction maximale à partir de laquelle l’éprouvette ne peut retrouver sa forme initiale.
    • Résistance à la traction : contrainte maximale supportée par l’éprouvette avant rupture.
    • Allongement : mesure de l’étirement de l’éprouvette à la rupture.
    • Coefficient de striction : mesure de la réduction de section de l’éprouvette après rupture, par rapport à la section initiale.
  • 16. Qu’est-ce qu’un essai de résilience ?

    La résilience est l’énergie absorbée lors de la rupture suite à un choc. L’objectif de cet essai est la mesure de la ténacité de l’acier, c’est-à-dire la tenue au choc de la pièce forgée. L’essai consiste à laisser tomber un pendule (le mouton) sur une éprouvette sur laquelle une entaille a été usinée. Le pendule vient rompre l’éprouvette. La mesure de la hauteur de remontée du pendule permet de mesurer l’énergie absorbée par l’acier lors de la rupture. L’essai est réalisé à différentes températures entre -100°C et +100°C.

  • 17. Qu’est-ce qu’un essai Pellini ?

    L’objectif de l’essai Pellini est de déterminer la capacité du matériau de base à ne pas diffuser un défaut existant dans une soudure lorsque la pièce est soumise à un choc, et ce en fonction de la température. La caractéristique de cette éprouvette est de présenter un cordon de soudure sur lequel a été faite une entaille. L’essai consiste à laisser chuter un poids sur l’éprouvette.

    Sous l'effet du choc, l’entaille entraîne un pliage de l’acier. Selon la température (jusqu’à -130°C), cette entaille reste localisée au niveau du cordon de soudure ou s’étend. On évalue alors le niveau de propagation de la fissure en fonction de la température.

    Huit éprouvettes sont généralement nécessaires pour déterminer la température dite de ductilité nulle de l’acier, c’est-à-dire la température négative à partir de laquelle l’éprouvette se fissure.

  • 18. Qu’est-ce qu’un essai de dureté ?

    Cet essai mécanique vise à mesurer la dureté de l’acier. La dureté est la résistance offerte par le métal à la pénétration d’un autre matériau plus dur que lui. L’essai consiste à mesurer l’empreinte laissée par un poinçon appliqué avec une force donnée. Plus l’empreinte est petite, plus l’acier est dur. Le poinçon est en diamant ou en carbure de tungstène et a une forme de bille, de cône ou de pyramide selon l’essai.

    Cette famille d’éprouvette permet aussi d’effectuer les analyses chimiques et la micrographie de l’acier.

  • 19. Qu’est-ce qu’une virole ?

    Une virole est une pièce creuse cylindrique ou conique en métal. Les composants du circuit primaire comme la cuve, les pressuriseurs ou les générateurs de vapeur sont constitués par l’assemblage de différentes pièces, dont plusieurs viroles de grand diamètre.

  • 20. Qu’est-ce qu’un lingot conventionnel ?

    Coulé en aciérie puis solidifié, un lingot conventionnel ou lingot plein est un bloc de métal moulé dans une lingotière (moule en fonte), utilisé pour forger des pièces écrasées de type fonds ou calottes ainsi que les branches du circuit primaire. Creusot Forge utilise des lingots conventionnels pesant entre 70 et 262 tonnes.

  • 21. Qu’est-ce qu’un lingot creux ?

    Coulé en aciérie puis solidifié, le lingot creux est destiné aux pièces cylindriques creuses de grand diamètre comme des viroles. Le développement du lingot creux a permis de supprimer l’opération de perçage ou de carottage et ainsi de limiter le taux de ségrégation carbone en surface des pièces creuses.

  • 22. Qu’est-ce qu’un lingot à solidification dirigée ?

    Le lingot à solidification dirigée (LSD) fait appel à un procédé de coulée spécifique. La création d’un lingot de grande section comparé à sa hauteur couplé à l’utilisation d’une plaque en fonte en son pied, permet de diriger la solidification et d’orienter le carbone dans la partie supérieure du lingot. Cette partie sera supprimée par sciage.

    En partenariat avec l’aciériste Industeel, AREVA NP développe un nouveau modèle de lingot à solidification dirigée afin de mieux maîtriser le phénomène de ségrégation carbone.

  • 23. Qu’est-ce qu’un fond primaire de générateur de vapeur ?

    Le fond primaire constitue la partie basse du générateur de vapeur. Il est issu du forgeage d’un lingot plein par écrasement. Il possède deux tubulures auxquelles est soudé un embout inox afin de raccorder le générateur de vapeur aux branches primaires. Une des deux tubulures est soudée à la branche chaude (entrée de l’eau à 320° en provenance de la cuve du réacteur dans le générateur de vapeur) et la seconde tubulure est soudée à la branche en U (retour de l’eau vers la cuve du réacteur). Le fond primaire a également deux « trous d’hommes » permettant aux techniciens d’intervention de pénétrer à l’intérieur du générateur de vapeur pour effectuer des opérations de maintenance durant les arrêts de tranche.

  • 24. Comment mesure-t-on la teneur en carbone ?

    La teneur en carbone est mesurée dans l’acier par spectrométrie et par analyse chimique.

  • 25. Quels composants sont potentiellement concernés par le phénomène de ségrégation carbone ?

    Les composants concernés par le phénomène de ségrégation carbone sont les pièces écrasées provenant de lingots conventionnels ou lingots pleins. Des pièces comme les plaques tubulaires, les fonds de pressuriseur ou les calottes de cuves ont été analysées. Les fonds primaires de générateurs de vapeurs ont été identifiés comme les pièces les plus susceptibles de présenter des zones de concentration en carbone élevées. En France, une campagne de mesures a été réalisée sur le parc nucléaire en service pour démontrer que les taux de carbone mesurés dans les fonds concernés n’affectaient pas la sûreté et la qualité des pièces.

  • 26. Quels procédés Creusot Forge utilise-t-elle pour limiter la présence de carbone dans la pièce finale ?

    C’est le procédé de forgeage qui aide à faire migrer la ségrégation de carbone vers des zones qui seront chutées – ou ôtées - puis usinées par enlèvement de matière.
    Pour les pièces écrasées de type calottes, plaques ou branches primaires, Creusot Forge procède tout d’abord au chutage de la masselotte des lingots. Ce procédé élimine une zone de forte ségrégation carbone.

  • 27. Quels sont les nouveaux procédés de fabrication du Creusot permettant de maitriser la ségrégation carbone ?

    AREVA NP, aux côtés d’EDF, s’est engagé en 2017 à réaliser un programme d’expertise à long terme qui consiste à produire des pièces témoins pour améliorer la connaissance du phénomène de ségrégation carbone, apporter les éléments de caractérisations complémentaires et conforter les marges dans les études produites. De plus, AREVA NP a lancé le développement de nouveaux procédés de fabrication et investit plus de 8 millions d’euros en 2017 dans des nouvelles capacités de production pour son usine du Creusot afin de maîtriser la ségrégation carbone dans les futurs composants.