Thèse IRSN - M2P2
Problématique
L’introduction prochaine dans les réacteurs français de nouveaux combustibles dits EATF (Enhanced Accident Tolerant Fuel), visant à garantir une meilleure tolérance aux accidents en retardant le début du processus de dégradation, soulève encore des questions à des stades avancés de l’accident. En effet, la progression d’un cœur en fusion est fortement gouvernée par les modes et les conditions de perte d’intégrité des crayons, et il est important d’évaluer comment l’introduction de nouveaux matériaux peut impacter ce processus. A titre d’exemple, l’utilisation d’un revêtement à base de chrome peut induire la formation d’un eutectique à la surface de la gaine provoquant une rupture précoce de cette dernière.
Objectifs
L’objectif de la thèse est de réaliser des expériences numériques dans le but de caractériser les premières coulées de corium dans un assemblage de crayon combustible de type EATF. Ces expériences doivent ainsi permettre d’appréhender l’influence d’une couche de chrome à la surface des gaines sur le déclenchement et la cinétique de dégradation. Elles doivent également permettre de caractériser les surfaces d’échanges fluide-structure en fonction du mode de recouvrement des structures encore intactes par le corium.
La réalisation de plusieurs essais dans un espace paramétrique défini permettra à terme d’élaborer une base de données des différents modes de dégradation. Cette base pourra être directement utilisée dans le logiciel ASTEC.
Méthodes et moyens
Dans le cadre de précédents travaux de thèse, un couplage entre une méthode de type Lattice Boltzmann (LBM) et une méthode par volumes finis (MVF) a été développé pour simuler la progression des matériaux fondus dans le cœur dégradé d’un réacteur nucléaire à eau pressurisée (REP) après une perte accidentelle de refroidissement. Il y a deux modèles principaux : un LBM à surface libre qui gère l’hydrodynamique de l’écoulement diphasique (gaz et corium liquide) en négligeant l’influence du gaz sur l’écoulement du liquide et une MVF qui traite les transferts de chaleur dans le système. Les changements de phase (solidification ou fusion) sont traités par une modification de la viscosité avec la température, au voisinage de la température de fusion. Ce nouveau modèle, implémenté dans la plateforme de calcul PELICANS, peut à ce jour traiter des configurations complexes (écoulement d’une gouttelette ou d’un film liquide en milieu poreux avec prise en compte en compte des transferts de chaleur, de la solidification et de la fusion) en 2D / 3D et en calcul parallèle.
Il est proposé ici d’utiliser le modèle LBM-MVF pour évaluer les modes de dégradation et les premières coulées sur un assemblage de crayons de type EATF. Il sera nécessaire d’introduire un modèle d’oxydation ainsi que la possibilité de définir plusieurs matériaux dans le domaine. Deux pistes sont envisagées pour le modèle d’oxydation : un modèle simplifié gérant les conditions aux surfaces libres ou couplage avec une seconde résolution LBM pour la phase gaz. L’introduction de nouveaux matériaux impliquera quant à elle des modifications dans la gestion des différentes phases du domaine et l’ajout de règles d’interaction entre elles. Des validations sur des résultats d’essais (à petite échelle, comme ACRR, PHEBUS ou RASPLAV) disponibles sont également envisagées.
Calendrier
- 1ere année : Se familiariser avec la thématique (nucléaire), les précédents travaux et le modèle Lattice Boltzmann à surface libre. Prise en main de l’outil dans l’environnement PELICANS et modification / introduction de modèles « mineurs » : gestion de la tension de surface, modélisation des changements de phases, propriétés thermodynamiques des différentes phases.
- 2eme année : développement de nouveaux modèles permettant : 1) d’introduire plusieurs types de matériaux (chrome, zircaloy, mélange) ; 2) d’oxyder le Zircaloy. Etude bibliographique préalable pour faire un inventaire des modèles déjà élaborés dans la littérature.
- 3eme année : Réalisation de plusieurs essais en 3D sur une section d’assemblage, afin de caractériser la cinétique de déclenchement de la dégradation et la distribution du corium sur les structures environnantes.
Congrès, publication
Références
-- Characterization of magma flows through a debris bed during a severe accident, Juliana Garcia Sarmientot, PhD, 2022
-- Late phase fuel degradation in the Phébus tests, Marc Barrachin and al, Annals of Nuclear Energy, 61, p36-53, 2013
Encadrement
Vincent Topin - IRSN
Laurent Foucher - IRSN
Pierre Boivin - M2P2
Profil recherché
BAC +5 école d’ingénieur ou université. Compétences en développement de code, modèles et calcul scientifique. Spécialité thermohydraulique, physique.
Anglais (2- Niveau professionnel)
Possibilité de postuler en ligne (ICI).
