Modélisation multiphysique des transitoires d'insertion de réactivité et méthodologie de validation appliquée au réacteur CABRI

Multiphysic modelling of reactivity insertion transients and validation methodology applied to CABRI reactor

• Auteur / Autrice : Jean-Marc Labit
• Direction : Elsa Merle, Nathalie Seiler-Marie, Olivier Clamens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Soutenance le 15/10/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Michel Gradeck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Perdu, Axel Laureau, Pierre Ruyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Colin, Andrei Rineiski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique -- Modèles mathématiques

Mots clés libres

Multi-Physique

Ria

Modélisation

Validation

Cathare

Cabri

Multiphysics

Ria

Modelling

Validation

Cathare

Cabri

Résumé

Par leur aspect éminemment multiphysique, les accidents de réactivité, plus communément appelés RIA (Reactivity-Initiated Accident), sont extrêmement complexes et leur modélisation présente un certain nombre de défis, en lien notamment avec la pertinence des modèles physiques mis en œuvre dans les outils de calcul scientifique (OCS) utilisés. Ils mènent à une augmentation exponentielle de puissance qui peut avoir des conséquences dramatiques si le réacteur ne dispose pas, naturellement, de contre-réactions permettant de faire diminuer la puissance.Le réacteur CABRI, situé sur le site du CEA de Cadarache a été fondé par l'IRSN dans l'objectif d'étudier le comportement du combustible au cours de ce type de transitoires. Par ses caractéristiques uniques, il offre la possibilité de valider des outils de calcul dans le cadre de la modélisation des transitoires de type RIA.Dans un premier temps, les transitoires CABRI sont étudiés sur le plan théorique par des calculs de temps caractéristiques et d'ordres de grandeur d'énergie déposée caractérisant l'occurrence des différents phénomènes. Cela permet de classer les transitoires CABRI selon une grille à deux dimensions temps-énergie et de construire un QPIRT (Quantified Phenomena Identification and Ranking Table) des transitoires CABRI. Par ailleurs, cela permet d'élaborer une démarche de validation de l'outil de calcul en fonction des mesures disponibles dans le réacteur CABRI. Cette démarche est progressive et séquentielle, pour une validation de la modélisation des différents phénomènes séparément en accord avec les mesures disponibles.La seconde partie du travail présente la réalisation de modèles nécessaires à la simulation des phénomènes physiques spécifiques aux RIA et aux transitoires CABRI. Ces différents modèles neutroniques, thermohydrauliques et thermomécaniques ont été implémentés dans l'OCS CATHARE2, au sein d'une version dédiée nommée PALANTIR. Enfin, les premiers travaux de validation sont présentés à travers les résultats obtenus pour les différents transitoires de la matrice de validation. La sensibilité aux différents modèles développés est ensuite également abordée.

Regarding their multiphysic nature, the modelling of RIA (Reactivity-Initiated Accident) raises some challenges, especially on the relevance of the models used in current calculation tools. These transients lead to an exponential power evolution that comes out of control if the reactor does not have natural feedback effects able to make the power decrease.CABRI is an experimental pulse reactor, funded by the french Institute for Radiological protection and Nuclear Safety (IRSN) and operated by CEA at the Cadarache nuclear center, France. Its aim is to study and thus to better understand effects of RIA on nuclear fuels. It offers the opportunity to validate tools involving multiphysic calculation schemes on reactivity insertions transients.First, the CABRI transients are studied on a theoretical point of view, by calculating characteristic times and energy deposit inside the core needed in order to observe different physical phenomena. This allows to build a QPIRT (Quantified Phenomena Identification and Ranking Table) of CABRI transients and, on this basis, a validation methodology. This methodology is progressive and sequential and enables validating separately phenomena modelling with CABRI experiments.Then, some specific neutronic, thermal-hydraulic and thermal-mechanic models for the modelling of CABRI transients are presented. They are implemented in CATHARE2, in a dedicated version for the modelling of RIA named PALANTIR. Results obtained with this modelling are presented in accordance with the validation matrix, and the sensitivity to the models is studied on some transients.