Laboratoire d'accueil : Laboratoire d'etude et de modélisation des accidents de refroidissement (LEMAR)

Date de début de thèse : 05/11/2009

Nom du doctorant : Roberta Visentini

Contexte

L’Accident d’Insertion de Réactivité (RIA) est un accident de référence dans les études de sureté, réalisées pour un Réacteur à Eau Pressurisée (REP), afin de quantifier les marges disponibles vis à vis des contraintes de sûreté imposées par l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN). L’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), a pour mission d’analyser les dossiers soumis par l’exploitant, en apportant un avis technique concernant notamment les méthodes de calcul utilisées. A ce titre, la Direction de Prévention des Accidents Majeurs (DPAM) réalise un programme de Recherche et Développement : réalisation/interprétation d’expériences et modélisation/développement d’outils de calculs.
Au cours d’un accident de type RIA, certains crayons de combustible du coeur du réacteur sont soumis à un transitoire rapide, sous la forme d’un pic de puissance (durée du pic de réactivité de l’ordre de quelques dizaines de microsecondes). Le flux de chaleur à la paroi entre ces crayons et le fluide réfrigérant circulant dans le coeur est alors tel qu’un film de vapeur peut se former, qui peut isoler, momentanément, la paroi du réfrigérant liquide. Les transferts thermiques entre le crayon et le fluide s’en trouvent dégradés. Les niveaux de température et de déformation de la gaine du crayon s’élèvent entraînant, à terme, un risque de rupture de cette même gaine. Un enjeu, dans l’évaluation de la sûreté des réacteurs, est de déterminer ce risque de rupture. Il est ainsi nécessaire d’évaluer précisément les échanges de chaleur crayon/fluide notamment dans le régime dit d’ébullition en film, c’est à dire dans la période où la vapeur recouvre la paroi du crayon.

Objectif et travail à réaliser

Les transferts de chaleur en régime d’ébullition en film sont connus pour des régimes permanents où le film de vapeur est établi. Dans le contexte du RIA, la durée caractéristique de ce régime est de l’ordre de quelques secondes. Il a été montré, sur la base de l’analyse de résultats expérimentaux, que, dans des conditions proches de celles du RIA, les modèles actuels n’étaient pas capables d’estimer ces transferts, notamment dans les premiers temps du régime. Il est donc nécessaire de décrire plus précisément les transferts lors de la phase d’établissement du film. En outre l’influence de l’aspect transitoire du régime sur la valeur du coefficient d’échange semble dépendre fortement des conditions thermohydrauliques, en particulier, la pression du système.
Le travail de thèse consistera à améliorer la connaissance de l’ébullition en film en transitoire rapide, par la réalisation et l’interprétation d’expériences, que ce soit celles réalisées au cours de la thèse ou les futurs essais CABRI, en cours de préparation à Cadarache et les essais PATRICIA.