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Installation expérimentale

Les programmes sur l'installation Tosqan

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L’installation Tosqan a initialement été conçue pour réaliser des études sur le risque hydrogène dans les enceintes de confinement de réacteurs nucléaires en situation d’accident grave. L’exploitation de l’installation Tosqan pendant huit ans a montré l’efficacité de l’instrumentation adaptée à la caractérisation des écoulements multiphasiques pour des conditions expérimentales hostiles. Aujourd’hui l’installation élargit son champ d’application à des domaines qui impliquent des problématiques physiques similaires.

 

 

Les programmes en cours

 

  • Le projet européen Ercosam

Ce projet européen du 7e PCRD étudie notamment le phénomène de dé-stratification de l’hydrogène induite par l’aspersion à diverses échelles expérimentales. Ces études complètent les résultats du programme Tosqan mené de 2000 à 2008.

  

  • L’étude du rabattement par les précipitations d’aérosols émis dans l'environnement en situations accidentelles

L’objectif principal de ce programme débuté en 2009 est de déterminer des lois phénoménologiques décrivant le rabattement des aérosols par différents types de pluie, à partir d’expériences analytiques bien contrôlées et finement instrumentées. L’installation Tosqan permet d’étudier le rabattement d’aérosols par des gouttes en simulant certaines conditions représentatives du rabattement atmosphérique (gouttes millimétriques, vitesse terminale de chute, intensité de pluie). Dans le cadre de ce programme, une thèse dirigée par le Laboratoire de Météorologie Physique (LAMP) de Clermont Ferrand a débuté en 2009.

  

  • Dispersion de poussières dans la chambre à vide d’un réacteur à fusion

Dans le cadre du projet d’installation ITER de recherche sur la fusion, il s’agit d’étudier la dispersion des poussières dans la chambre à vide du tokamak et d’évaluer l’efficacité des différentes stratégies d’inertage, employées comme moyen de mitigation des risques d’explosion liés à la présence d’hydrogène, de monoxyde de carbone ou de poussières. Tosqan permet de simuler certains scénarios accidentels (perte de vide par entrée d’air ou entrée d’eau) pouvant survenir dans le Tokamak ITER en vue d’acquérir des données expérimentales qui seront utilisées pour valider des codes de calculs.

  

  • ALIDS, développement d’une instrumentation optique aéroportée

Le projet ALIDS coordonné par l’IRSN dans le cadre du réseau EUFAR du 7e PCRD concerne le développement d'une instrumentation optique aéroportée embarquée dans un avion permettant de mesurer la granulométrie des gouttes d’eau dans les nuages (www.eufar.net). La sonde ALIDS est fondée sur le diagnostic optique d’imagerie en défaut de mise au point précédemment mis en œuvre sur l’installation Tosqan, pour caractériser la granulométrie des gouttes d’aspersion.

 

 

Le programme Tosqan : l’étude des risques liés à l’hydrogène en cas d’accident grave d’un réacteur nucléaire

 

Le programme Tosqan s’inscrit dans les recherches menées à l’IRSN sur les accidents graves susceptibles d’affecter les réacteurs nucléaires. Les effets mécaniques résultant d’une combustion de l’hydrogène émis pendant la dégradation du cœur d’un réacteur peuvent en effet endommager le confinement de ce réacteur ou entrainer la perte de ses systèmes de sûreté. Le programme Tosqan, mené entre 2000 et 2010, a permis d’étudier les principaux phénomènes influençant la distribution de l’hydrogène dans l’enceinte de confinement d’un réacteur, pouvant ainsi conduire à la création de mélanges inflammables. Les données expérimentales acquises ont contribué à valider les différents modèles physiques implantés dans les codes de calcul en sûreté nucléaire utilisés ou développés à l’IRSN (Tonus, Astec), et donc à vérifier la capacité des logiciels de calcul à simuler la distribution de l’hydrogène.


L’installation expérimentale Tosqan permet de recréer des conditions thermohydrauliques représentatives de celles susceptibles d’exister dans une enceinte de confinement pendant un accident. Les phénomènes physiques qui ont fait l’objet d’une attention particulière sont la condensation de la vapeur d’eau sur les parois et les échanges entre le puisard et l’atmosphère. L’effet de l’aspersion a également été étudié compte tenu du fait qu’elle contribue en brassant l’hydrogène et les autres gaz présents dans l’enceinte de confinement à diminuer le risque de déflagration de l’hydrogène. L’aspersion a également vocation à rabattre les produits de fission. Le programme Tosqan-aspersion a notamment étudié les phénomènes d’évaporation/condensation des gouttes d’eau aspergées par les buses et le piégeage des aérosols dans les sprays de gouttes d’eau représentatifs de la situation en réacteur.

 

 

 

Exemples de champs de fraction volumiques de vapeur d'eau dans l'enceinte TOSQAN obtenus par les simulations numériques, pour deux types d'essais représentatifs d'une injection de vapeur avec condensation en paroi

 


En dix années de fonctionnement, plus de 300 expériences analytiques ont été réalisées. Les modèles physiques relatifs à la condensation de la vapeur d’eau en paroi, au rabattement des aérosols par les gouttes d’aspersion, aux échanges gaz-puisard ont notamment pu être validés avec succès.


Plusieurs de ces expériences Tosqan ont par ailleurs servi de référence dans des benchmarks internationaux, comme lors de l’ISP-47 dans le cadre de l’OCDE, ou pour les réseaux d’excellence européens Sarnet et Sarnet-2, pilotés par l’IRSN et relatifs aux accidents graves.


Le programme Tosqan a donné lieu à une trentaine de publications dans des revues internationales et à environ 70 publications dans des congrès internationaux.


Publications

Laboratoires IRSN impliqués

Partenaires

Contacts

Emmanuel Porcheron (Lecev)

Jeanne Malet (Lemac)