Laboratoire d'accueil : Laboratoire d’étude de l’incendie et de développement de méthodes pour la simulation et les incertitudes (LIMSI)

Date de début de thèse : 01/10/2009

Nom du doctorant : Raphël Monod

Descriptif de la thèse

Les conditions de fonctionnement des centrales soumettent les matériaux de structure à de fortes sollicitations thermiques. Par exemple, l'utilisation du sodium permet des températures élevées pour le caloporteur qui induisent de forts gradients de température. Ces derniers peuvent être à l'origine de la fatigue thermique et conduire, comme dans le réacteur PHENIX, à un incident de fuite sodium. La fatigue thermique est la détérioration graduelle et la fissuration d'un matériau par chauffage et refroidissement alternés. Lorsque la fatigue thermique est obtenue avec un grand nombre de cycles, elle est appelée striage thermique (ou thermal striping), et peut être mise en évidence lors du mélange tourbillonnaire de fluides de températures différentes.
L'étude de ce phénomène requiert une estimation précise des fluctuations de température dans le matériau et, par voie de conséquence, dans le fluide. Pour se faire, on peut avoir recours à la simulation des grandes échelles (SGE ou LES pour Large Eddy simulations). Cette méthode permet, au moyen de méthodes numériques élaborées, d'évaluer les fluctuations de vitesse et de température d'un écoulement avec un bon compromis précision / temps de calcul.
Suite au forum international sur les réacteurs de génération IV, les études de conception de réacteurs à neutrons rapides au sodium ont repris en France avec pour objectifs une mise en route d'un prototype en 2020 et une phase d'industrialisation pour 2040-2050. C'est pourquoi, il est très important pour l'IRSN de se préparer à l'expertise des dossiers de sûreté à venir via, notamment, le développement d'outils numériques performants. Dans le cadre de cette thèse, il est envisagé de développer des méthodes numériques adaptées aux écoulements de sodium dans des conduites en acier. Ces méthodes devront couvrir un large spectre de conditions physiques afin de pouvoir simuler les écoulements en situation nominale, incidentelle et accidentelle. Dans le cadre de la simulation des grandes échelles, il sera primordial de pouvoir définir une entrée de fluide ayant toutes les caractéristiques d'un écoulement turbulent, autant du point de vue vitesse que température. L'adaptation à des maillages non structurés d'entrées turbulentes développées pour des maillages structurés devra être étudiée. En outre, étant donné les forts gradients de température dans l'écoulement ainsi que la forte conductivité thermique du sodium, le développement d'un modèle sous-maille thermique spécifique sera nécessaire. Enfin, afin de réduire les temps de calculs, on pourra envisager l'élaboration d'une loi de paroi permettant un échange d'informations pertinent (i.e. bonne prise en compte des fluctuations de température) entre le fluide et le solide.