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Proposition these LESAM-IMFT 2010

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PROPOSITION DE THESE Etude de l’ébullition en masse sur milieu poreux modèle Contexte : L’IRSN est un institut public qui a pour mission de contribuer à la maîtrise des risques nucléaires et à leurs conséquences sur l'homme et l'environnement en menant conjointement des recherches et des expertises. Les accidents graves sont étudiés à la Direction de la Prévention des Accidents Majeurs (DPAM), de l’IRSN. Cette direction, située sur le site de Cadarache, dispose d’installations expérimentales et développe des codes de calcul pour simuler les étapes successives de ce type d'accident. Un accident grave (événement hautement improbable, mais déjà survenu une fois aux Etats-Unis) peut résulter d’une suite d’événements qui aboutit à la fusion partielle du cœur du réacteur. Pour éviter un rejet de produits radioactifs dans l’enceinte et, par suite, dans l’environnement, il faut refroidir le plus rapidement possible les matériaux du cœur pour éviter de casser la cuve. L'injection d'eau (appelée renoyage) dans un cœur dégradé se produit, en fonction de l'instant de déclenchement du renoyage, à travers des zones du cœur ayant des degrés de dégradation variables ce qui conduit à des écoulements 3D. La compréhension et la modélisation de ce phénomène sont primordiales pour estimer les chances de succès d’un renoyage et ses conséquences. Pour traiter le renoyage, l'IRSN a développé une modélisation avancée des phénomènes d'ébullition en milieu poreux à ...
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PROPOSITION DE THESE
Etude de l’ébullition en masse sur milieu poreux modèle Contexte:L’IRSNun institut public qui a pour mission de contribuer à la est maîtrise des risques nucléaires et à leurs conséquences sur l'homme et l'environnement en menant conjointement des recherches et des expertises. Les accidents graves sont étudiés à la Direction de la Prévention des Accidents Majeurs (DPAM), de l’IRSN. Cette direction, située sur le site de Cadarache, dispose d’installations expérimentales et développe des codes de calcul pour simuler les étapes successives de ce type d'accident. Un accident grave (événement hautement improbable, mais déjà survenu une fois aux Etats-Unis) peut résulter d’une suite d’événements qui aboutit à la fusion partielle du cœur du réacteur. Pour éviter un rejet de produits radioactifs dans l’enceinte et, par suite, dans l’environnement, il faut refroidir le plus rapidement possible les matériaux du cœur pour éviter de casser la cuve. L'injection d'eau (appelée renoyage) dans un cœur dégradé se produit, en fonction de l'instant de déclenchement du renoyage, à travers des zones du cœur ayant des degrés de dégradation variables ce qui conduit à des écoulements 3D. La compréhension et la modélisation de ce phénomène sont primordiales pour estimer les chances de succès d’un renoyage et ses conséquences. Pour traiter le renoyage, l'IRSN a développé une modélisation avancée des phénomènes d'ébullition en milieu poreux à géométrie non homogène. Cette modélisation résulte de deux approches complémentaires : d'une part un modèle moyen à non équilibre local (vitesses, températures) pour décrire l'écoulement, d'autre part une détermination analytique ou numérique des propriétés effectives intervenant dans le modèle moyen. Pour une description précise de l'écoulement diphasique à petite échelle (quelques particules), un outil de simulation numérique directe a été développé, en s'appuyant sur une méthode à interface diffuse. Récemment, l’IRSN a également lancé un programme expérimental (PEARL) dont l’objectif est de permettre la validation du modèle moyen sur un dispositif 2D de renoyage de particules.
Définition du sujet :La modélisation de l’ébullition en masse dans un lit de débris est un enjeu très important dans le cadre des études de sûreté nucléaire. Cependant, lesmodèles disponibles sont basés en partie sur des extensions essentiellement empiriques de lois développées dans d’autres contextes. De plus, leur validation n’est que partielle en raison notamment d’un manque de données expérimentales, en particulier pour les milieux poreux très perméables comme les lits de débris. Dans le contexte, la thèse proposée a pour finalité d’améliorer la compréhension de l’ébullition en masse et de contribuer à l’amélioration des modèles en combinant expériences sur milieux modèles et simulations de type réseau de pores. On étudiera deux situations de base : le cas d’un milieu poreux initialement saturé en liquide chauffé progressivement et le cas du renoyage (invasion d’un milieu poreux chaud initialement sec par un liquide plus froid).
Les expériences seront effectuées sur des milieux modèles bidimensionnels formés par des réseaux aléatoires de cylindres confinés entre deux plaques, au moins une des ces plaques étant transparentes. Plusieurs techniques sont possibles pour réaliser ces milieux, dont les techniques de gravure de plaque (wafer) de silicium, qui offrent une grande flexibilité en termes de choix de microgéométrie ainsi que de taille de pore. Une caractéristique originale importante du dispositif envisagée est quechaque cylindre pourra être chauffée individuellement avec contrôle précis du flux de chaleur imposé. Ce dispositif permettra notamment des visualisations directes de la distribution des phases au sein du poreux. Des informations sur le champ de température pourront être obtenues à partir de technique de thermographie infrarouge. La possibilité d’accéder à la structure des champs de vitesse à partir de techniques PIV pourra être étudiée pour certaines configurations d’écoulement. Ce type de dispositif, complété éventuellement par des expériences spécifiques complémentaires, pourra être aussi utilisé pour l’étude de problématiques particulières comme celle par exemple du renoyage d’un milieu poreux chaud peu perméable. Du point de vue simulation, on tentera de développer des modèles de type réseau de pores, c'est-à-dire permettant la simulation à l’échelle des milieux poreux considérés dans les expériences avec prise en compte explicite des hétérogénéités locales. Ceci sera fait selon deux approches. D’une part, en étendant les modèles existants pour les systèmes peu perméables de façon à pouvoir simuler des situations caractérisées par des nombres capillaires plus grands. D’autre part, on examinera spécifiquement le cas des milieux très perméables en s’appuyant sur les résultats des expériences et sur les connaissances disponibles concernant les écoulements diphasiques en milieu très perméables, éventuellement des simulations numériques directes sur quelques pores, outils développés lors de thèses précédentes). Compétences :thermohydraulique, mécanique des fluides, transferts thermiques, techniques de mesures, traitement d’image, simulation numérique. Durée :3 ans Lieu :Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (31) Contacts:Florian Fichot(florian.fichot@irsn.fr, tél : 0442199519 )  MarcPrat (prat@imft.fr, tél : 0561285883 )  MichelQuintard (quintard@imft.fr, tél : 0561285921 )Plus d’infos: Surl’IMFT: www  Surl’IRSN:www.irsn.fr