Laboratoire d'accueil : Laboratoire d'études et de modélisation en aérodispersion et confinement (LEMAC)
Date de début de la thèse : 03/11/2010
Nom du doctorant : Jonathan Alengry
Contexte et objectifs
Dans les installations nucléaires, la surveillance des rejets gazeux dans ('environnement repose sur des mesures de concentrations en contaminants dans la cheminée de rejet, qui nécessitent une implantation appropriée du point de prélèvement. En effet, en raison du mélange des effluents provenant des différents réseaux d'extraction d'une installation, la concentration d'un contaminant peut être hétérogène en haut de la cheminée si ta longueur d'établissement du mélange gazeux est insuffisante; les mesures effectuées peuvent alors ne pas être représentatives de la concentration moyenne. Par ailleurs, les contrôles périodiques des filtres à Très Haute Efficacité de dernier niveau, qui constituent l'étape ultime de la chaîne de traitement des effluents gazeux avant rejet, utilisent une méthode normalisée mettant en oeuvre un aérosol de fluorescéine sodée, qui impose des longueurs à respecter entre les différents points d'injection et de prélèvement du traceur. Or, les contraintes de dimen!,ionnement de certains exploitants nucléaires conduisent parfois au non-respect de ces longueurs de bon mélange, ce qui peut conduire à des erreurs non négligeables sur la détermination de l'efficacité des filtres.
Le degré d'hétérogénéité du mélange d'un polluant au sein d'un écoulement en conduit, qui peut être caractérisé par le coefficient de variation de la concentration dans une section droite, diminue le long de l'écoulement en fonction de différents paramètres aérauliques et géométriques, tels que le nombre de Reynolds de l'écoulement ou la présence de singularités, mais aussi en fonction des caractéristiques de l'injection du polluant et de sa nature (gaz ou aérosol, les particules pouvant se déposer et donc modifier l'établissement du mélange).
Dans la littérature, quelques études expérimentales ou numériques (Anand et al., 2003 ; Gupta, 1999) montrent l'influence de certains de ces paramètres sur les longueurs de mélange, mais ces modèles sont essentiellement empiriques et ne s'appliquent qu'aux cas étudiés. De plus, en règle générale, ces études ont surtout vocation à qualifier des dispositifs de mélange permettant de diminuer au maximum la longueur de bon mélange, et ne s'intéressent pas à quantifier ('erreur qui peut être commise lorsqu'un prélèvement est effectué avant que le mélange ne soit homogène.
L'objectif de cette thèse est donc de développer des modèles semi-empiriques permettant d'évaluer la représentativité d'un prélèvement en conduit, par la détermination de l'évolution du coefficient de variation de la concentration en polluant ou en traceur, en fonction des différents paramètres influant sur le mélange; ces modèles devront permettre également d'estimer l'erreur commise sur la mesure de la concentration en un point de prélèvement (au centre du conduit par exemple), lorsque le mélange est hétérogène. Ces modèles seront établis sur la base de simulations numériques menées à l'aide d'un code de calcul de mécanique des fluides et validées par des expérimentations spécifiques.