Optimisation multi-objectifs du comportement thermohydraulique d’un RNR-Na avec Système de Conversion d’Energie au gaz en fonctionnement normal, incidentel et accidentel

2016

Directeur de thèse : Jean Henry FERASSE  (encadrement AMU / M2P2 UMR 7340)
Contact: jean-henry.ferrasse@univ-amu.fr
Co-directeur de thèse  : Saied DARDOUR (encadrement CEA / DEN/DER/SESI/LEMS )

PROBLEMATIQUE

Cette thèse a pour objectif d’optimiser le comportement thermohydraulique d’un RNR-Na avec Système de Conversion d’Energie (SCE) au gaz en conditions normales, incidentelles et accidentelles.

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre général des études sur le réacteur ASTRID avec SCE-Gaz dans sa configuration fin 2016. Le tracé et les composants des différents circuits, associés à cette configuration, constitueront les données d’entrée de la thèse et alimenteront l’ensemble des contraintes à prendre en compte dans le processus d’optimisation.

Ce processus est multi-objectifs et multicritères : plusieurs estimateurs clés (de performance et de sûreté), évoluant de manière différente selon le transitoire étudié, devront être maximisés (ou minimisés) simultanément.

Le fonctionnement d’ensemble du réacteur couvre :
  • -    Le fonctionnement normal du réacteur : états stationnaires en puissance, états d’arrêts, régulation d’ensemble et variations de charge.
  • -    Les situations hors fonctionnement normal.

Les situations à étudier seront définies de façon à envelopper les transitoires de fonctionnement (normal, incidentel et accidentel) du réacteur. Chaque situation est caractérisée par :
  • -    Des conditions initiales (états standards possibles du réacteur allant du fonctionnement à pleine puissance à l’arrêt à froid).
  • -    Un évènement initiateur (séquence programmée / incident / accident).
  • -    Une description des systèmes pris en considération (régulations / protections).
  • -    Les conséquences qui en résultent (évolution des principales grandeurs thermohydrauliques).

ORGANISATION DES TRAVAUX DE RECHERCHE

Les travaux pourraient se dérouler en trois étapes.

Dans une première phase, outre l’étude bibliographique, il s’agira de réaliser une modélisation simplifiée (de type COPERNIC) du réacteur et de son SCE, afin de produire un certain nombre d’images descriptives des états standards possibles du réacteur, et de simuler, à partir de ces conditions initiales, le déroulement d’une sélection de transitoires définis au préalable.
Ce premier modèle permettra d’explorer un grand nombre de situations, correspondantes à différents états initiaux, des séquences normales, incidentelles et accidentelles très diverses, et une grande variété de systèmes de protection et de régulation. Ces résultats serviront à la définition des transitoires à étudier par la suite.

Les situations sélectionnées à l’issue de cette première phase seront étudiées plus en détail, dans un deuxième temps, moyennant un code best estimate comme CATHARE 3.
Un modèle thermohydraulique système sera alors mis en place, en partant des jeux de données existants (COPERNIC et CATHARE 2), puis appliqué à l’étude des situations de fonctionnement. Une vérification préliminaire de ce modèle sera réalisée en comparant les résultats des calculs best estimate à ceux issus de l’application des modèles simplifiés.

Dans la dernière étape, une optimisation multi-objectifs sera réalisée sur la base du modèle CATHARE 3 ainsi obtenu, afin de constituer un front de Pareto regroupant les configurations optimales vis-à-vis des estimateurs clés de performance et de sûreté.
Cette optimisation pourrait être réalisée à l’aide des algorithmes génétiques déjà implémentés dans la plateforme URANIE. Si cette voie est retenue, des métamodèles seront à développer, pour répondre rapidement (quelques millisecondes) aux requêtes de l’algorithme génétique (ce que ne permet pas un code best estimate, les temps de calculs étant de l’ordre de l’heure). La construction de ces modèles de substitution passera par un échantillonnage adéquat du domaine d’étude et la réalisation d’expériences numériques.