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Le projet ICE

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Dernière mise à jour en octobre 2013

ICE (Interaction Corium-Eau) est un projet coordonné par l’IRSN qui a été retenu par l’ANR lors de l’appel à projet du programme d’investissement d’avenir « Nucléaire de demain ». Débutant fin 2013, il doit durer cinq années pour se conclure fin 2018. Il vise à améliorer les connaissances sur les phénomènes pouvant survenir lors d’une coulée de matière en fusion (corium) dans de l’eau, en cas d’accident de fusion de cœur d’un réacteur nucléaire. Il permettra d’améliorer la connaissance des phénomènes mis en jeu ainsi que les capacités prédictives du logiciel MC3D, un outil de simulation numérique développé par l’IRSN. Les partenaires du projet sont :

  • l’IRSN : en charge de travaux de modélisation et de développement du code MC3D ;
  • le CEA : en charge d'expérimentations dans les installations KROTOS et VITI ;
  • le LEMTA (Université de Nancy) : en charge d'expérimentations analytiques et travaux de modélisation ;
  • EDF et AREVA : assurant avec l'ANR un co-financement du projet

 


Contexte du projet

 

L’un des risques importants lors d’un accident de fusion du cœur est l’interaction explosive entre le corium (mélange de combustible et de matériaux de structure en fusion) et l’eau présente, pouvant survenir lors d’un accident de fusion de cœur tel que survenu en 2011 dans trois réacteurs de la centrale de Fukushima. Une telle interaction, dite explosion de vapeur, est similaire à une détonation et l’énergie dégagée pourrait être suffisante pour dégrader l’enceinte de confinement.

 

Ce type d’interaction est difficilement maîtrisable, mais la compréhension et la caractérisation des phénomènes sous jacents sont essentielles pour une bonne gestion des phases ultimes d’un accident. L’objectif du projet de recherche ICE est donc de mieux comprendre l’ensemble de ces phénomènes pour pouvoir identifier des moyens d’en limiter les conséquences.

 

Depuis plus de 20 ans l’IRSN consacre des efforts de recherche importants à cette problématique. Il a notamment piloté de nombreux programmes expérimentaux réalisés au CEA et contribue très largement aujourd’hui encore à l’animation scientifique de la recherche internationale sur le sujet. En particulier, l’IRSN développe et améliore dans le cadre d’une collaboration avec le CEA et EDF, les modèles d’interaction combustible-réfrigérant implémentés dans le logiciel de CMFD (Computational Multiphase Fluid Dynamic ») MC3D. Ces modèles intègrent au mieux les résultats produits par les programmes expérimentaux jusque-là réalisés et en particulier les résultats obtenus dans le cadre du programme OCDE SERENA. Cependant, certains aspects du problème restent encore mal connus.

 

 

Visualisation d'une simulation 3D par le logiciel MC3D de la dispersion du corium (en rouge) dans l'eau (dégradé bleu/blanc) contenu dans le puits de cuve en cas de percement central du fond de la cuve. Les points oranges et noirs représentent les gouttes de corium (oranges si elles sont liquides, noires si elles sont solides). La géométrie du puits de cuve est simplifiée. © IRSN

 


Objectifs et déroulement du projet

 

Le déroulement des phénomènes physiques qui conduisent à une explosion de vapeur est connu : dès son entrée dans l’eau, le jet de corium se fragmente en gouttelettes et produit une vaporisation intense de l’eau ; celle-ci engendre une onde de choc qui fragmente plus finement le corium augmentant encore la surface de contact avec l’eau. Le phénomène se propage de proche en proche, développant un processus explosif, produisant une grande quantité de vapeur. Le déclenchement de l’explosion n’est cependant pas systématique, il dépend beaucoup des conditions de mise en contact des fluides et de leurs propriétés physiques : dans le mélange initial (ou prémélange), le corium doit rester liquide pour pouvoir se fragmenter et suffisamment dispersé mais sans provoquer une vaporisation trop intense pour qu’il reste de l’eau autour des gouttes.

 

Le projet ICE a quatre objectifs principaux :

  • améliorer la modélisation de la fragmentation et la dispersion des jets de combustible dans l’eau pendant la phase dite de prémélange ;
  • caractériser et modéliser l’effet de l’oxydation des jets de combustible : aucun outil de calcul n’est actuellement en capacité de simuler ce phénomène dans les conditions attendues ;
  • caractériser la solidification du corium, phénomène limitant la fragmentation et donc l’explosion ;
  • améliorer et valider la modélisation du phénomène d’explosion : il existe en effet toujours une incertitude sur les processus contrôlant la formation de l’onde de choc.

 

Plus généralement le projet vise à améliorer la capacité du logiciel MC3D à prédire de manière réaliste, à l’échelle du réacteur, l’ensemble des phénomènes importants mis en jeu.

 

Les recherches comportent un volet théorique et un volet expérimental. Les installations expérimentales utilisées permettent de réaliser des expériences dites « intégrales » et des expériences dites « analytiques ». Les expériences intégrales sont réalisées avec du corium dans l’installation KROTOS du CEA, elles permettent d’étudier l’ensemble des phénomènes mis en jeu dans des conditions les plus réalistes possible. Les expériences analytiques permettent une analyse plus détaillée de chacun des phénomènes important mis en jeu. L’IRSN coordonne l’ensemble du projet et réalise des développements de modèle ainsi que l’intégration des modèles développés dans le logiciel MC3D. Le CEA mène les programmes expérimentaux utilisant du corium et les analyses associées, sa principale mission est notamment d’étendre la base de données expérimentales relative à l’impact des propriétés (thermodynamique, physique et chimique) du corium sur les phénomènes physiques mis en jeu. Le LEMTA (Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée) de l’Université de Lorraine est quant à lui plus particulièrement en charge l’étude expérimentale et l’amélioration de la modélisation de la fragmentation des jets de corium.

 


Caractéristiques

Dates : 2013-2018

Financement : ANR à hauteur de 35 %

Partenaires : IRSN, CEA, Université de Lorraine, EDF, Areva

Service IRSN impliqué

 Service des Accidents Graves

 Bureau de physique des accidents graves (BPhAG)

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