café thésard : Thermohydraulique au sein d’un assemblage combustible « ballonné »

Thermohydraulique au sein d’un assemblage combustible « ballonné »
Par Arthur Oliveira, post-doctorant, dans le cadre des études menées au LEMTA avec les installations COLIBRI et MASCARA.

Résumé : Après le désastre de Fukushima en mars 2011, la communauté nucléaire a dû reconsidérer certains critères de sureté et prendre en compte la possibilité d’une fusion du cœur d’un réacteur. L’accident de perte de refroidissement au primaire (APRP) est une situation accidentelle qui pourrait mener à un tel scénario par un denoyage du cœur devant être rapidement refroidi par des injections de secours (eau borée). L’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire a donc renforcé ses études sur l’APRP et lancé le projet ANR PERFROI (PERte de reFROIdissement) pour mieux comprendre la thermohydraulique et la thermomécanique lors d’un hypothétique APRP dans un réacteur à eau pressurisée français (REP). Le LEMTA est dans l’axe thermohydraulique et pour cela, deux expériences ont été conçues et réalisées au sein du LEMTA pour fournir des données importantes sur les échanges thermiques/massiques et sur la dynamique de l’écoulement vapeur/gouttes lors d’un APRP. Dans ce séminaire, on parlera de ces deux campagnes expérimentales appelées COLIBRI et MASCARA.

D’une part, COLIBRI consiste à des expérimentations de refroidissement d’un tube représentatif d’un sous-canal de réacteur utilisant des diagnostics optiques pour la mesure de la température de la paroi (thermographie infrarouge) et les caractéristiques des gouttes (PDA pour le diamètre et vitesse axiale et LIF pour la température). Un modèle mécaniste nommé NECTAR a dû être développé afin d’évaluer la contribution de chaque transfert de chaleur tenant compte de la dynamique des gouttes le long de canaux partiellement bouché. D’autre part, la campagne MASCARA impliquait des mesures de champ de vitesse (trois composantes de vitesse) dans des faisceaux de tubes (7×7) aussi représentatifs d’un assemblage combustible ballonné lors d’un APRP. La technique de vélocimétrie par résonance magnétique (VRM) a été utilisée dans ces expériences, permettant des mesures de vitesses débitantes jusqu’à 1,5 m/s.

On détaillera les expériences et les principaux résultats (expérience et modèle, comparaison avec un code thermohydraulique). On exposera également les difficultés qu’il a fallu surmonter pour notamment mesurer le champ de vitesse par VRM et les solutions utilisées.

Ce travail a été réalisé au cours de mes deux premières années de postdoc au LEMTA.

Mots-clés : thermographie, PDA, LIF, IRM, VRM