Apport de l'accoustique non linéraire à la caractérisation de l'engagement du sodium liquide : application aux réacteurs nucléaires de quatrième génération

par Matthieu Cavaro

Thèse de doctorat en Acoustique

Le président du jury était Paul Johnson.

Le jury était composé de Joseph Moysan, Cédric [Alain, François-Marie] Payan, Paul Johnson, Jean-Louis Izbicki, Alain Lhermery, François Baque, Gilles Corneloup, Serge Mansah.

Les rapporteurs étaient Jean-Louis Izbicki, Alain Lhermery.


  • Résumé

    Le choix de la filière SFR (Sodium Fast Reactor : Réacteurs à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide), par la France conduit à la réalisation d’un prototype de quatrième génération nommé ASTRID. Le développement de ce type de réacteurs présente plusieurs défis, en particulier du point de vue de l’amélioration de la démonstration de la sûreté et de la surveillance du fonctionnement. Cette dernière passe, entre autres, par la caractérisation de l’engazement du sodium liquide (présence de microbulles de gaz). La caractérisation de l’engazement est l’objet de cette étude, elle implique la détermination du taux de vide (fraction volumique de gaz) et de l’histogramme des rayons des microbulles. Le travail bibliographique réalisé a montré que les techniques acoustiques linéaires de caractérisation des nuages de bulles ne permettaient pas de répondre pleinement à cette problématique, en revanche des pistes prometteuses ont été identifiées en étudiant les techniques acoustiques non linéaires. Cette dernière voie a par conséquent été explorée. Un banc expérimental en eau permettant la génération et le contrôle optique de nuages de microbulles nous a permis de valider finement la reconstruction d’histogrammes des rayons grâce à une technique de mixage nonlinéaire d’une haute fréquence avec une basse fréquence. La potentialité du mixage de deux hautes fréquences, plus intéressante d’un point de vue industriel, a par ailleurs été démontrée. Enfin, les bases de la transposition originale d’une technique de spectroscopie de résonance non linéaire appliquée à un nuage de bulles ont été posées, grâce à la mise en place de résonateurs acoustiques. Les résultats obtenus offrent de nombreuses perspectives, tant du point de vue des applications industrielles que du point de vue plus fondamental de la compréhension du comportement acoustique non linéaire d’une bulle excitée par plusieurs fréquences et d’un nuage de bulles excité à basse fréquence.

  • Titre traduit

    Contribution of nonlinear accoustic to the characterization of microbubbles clouds in liquid sodium : application to the Generation IV nucelar reactors


  • Résumé

    The SFR system chosen (Sodium Fast Reactor: fast neutron reactors cooled by liquid sodium) by France led to afourth-generation prototype named ASTRID. The development of this kind of reactors presents several challenges, particularly in terms of improving the safety and monitoring operation. This involves, among other things, characterization of the bubbles presence in liquid sodium. The characterization of the bubbles presence is the subject of this thesis. It involves the determination of void fraction (gas volume fraction) and histogram of the radiiof bubbles. The bibliographic work done has shown that linear acoustic techniques for the characterization of bubble clouds are inadequate to achieve this. However promising leads have been identified by studying nonlinear acoustic techniques. This last idea has therefore been explored. An experimental water bench for the generation and optical control of microbubbles cloudallowed us to validate finely the reconstruction of histograms of radii through a technique of nonlinear mixing of a high frequency with a low frequency. The potential of the mixing of two high frequencies, more interesting for the industrial point of view has also been demonstrated. Finally, the bases of the transposition of an original technique of nonlinear resonance spectroscopy applied to a bubbles cloud were explored through the introduction of acoustic resonators. The results offer many interesting opportunities, both in terms of industrial applications and formore fundamental understanding of non-linear behavior of a bubble excited by multiple frequencies and of bubbles clouds excited at low frequency.


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