Vers une modélisation du comportement d'un lit de débris sur le récupérateur de corium d'un RNR-Na

Towards a modelling of a debris bed on the SFR core catcher

• Auteur / Autrice : Cyriaque Tréol
• Direction : Benoît Goyeau, Rémi Clavier, Nathalie Seiler-Marie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 21/02/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Service Mesures et modélisation des Transferts et des Accidents graves (CEA Cadarache)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Azita Ahmadi-Sénichault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Fichot, Hervé Combeau, Christophe Journeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florian Fichot, Hervé Combeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermohydraulique

Réacteurs refroidis par métal liquide

Écoulements granulaires immergés

Accidents nucléaires

Lit de débris (génie nucléaire)

Mots clés libres

Lit de débris

Nivellement

Accident grave

Écoulement granulaire

RNR-Na

Thermohydraulique

Debris bed

Self-leveling

Severe accident

Granular flow

SFR

Thermohydraulic

Résumé

Ce sujet de thèse concerne les accidents graves dans un Réacteur à Neutrons Rapides refroidi au Sodium (RNR-Na). Le terme accident grave désigne les accidents nucléaires avec fusion partielle ou totale du cœur, qui forme un mélange de matériaux fondus appelé corium. De tels accidents se sont produits par le passé dans des réacteurs nucléaires de filières différentes : l'accident de Three Mile Island en 1979 sur un Réacteur à Eau Pressurisée, celui de Tchernobyl en 1986 sur un réacteur de type RBMK, et les accidents de Fukushima en 2011 sur des Réacteurs à Eau Bouillante. Ces catastrophes, bien que rares, sont donc possibles. La probabilité d'occurrence et les conséquences doivent être anticipées et réduites autant que possible. Ces études présentent des enjeux de sûreté nucléaire. Dans l'étude des accidents graves en RNR-Na, une problématique d'importance est celle du refroidissement du corium lorsque celui-ci se trouve sous la forme d'un lit de particules resolidifiées appelé le lit de débris. La majorité des modèles à ce jour traitent ce lit de débris comme un milieu poreux immobile. Or les débris ne sont pas solidaires et sont capables de se mouvoir sous l'influence des écoulements de sodium. On s'intéresse dans cette thèse spécifiquement à l'étude de ces mouvements qui amènent au nivellement du lit de débris initialement conique. On propose un modèle macroscopique théorique d'écoulement multiphasique avec terme source de chaleur et changement de phase comprenant une phase solide particulaire mobile. Ce modèle est ensuite partiellement implémenté puis vérifié, dans la plateforme de calcul en C++ open source OpenFOAM.

This thesis concerns severe accidents in a Sodium-cooled Fast Reactor (SFR). The term severe accident refers to nuclear accidents involving partial or total melting of the core, which forms a mixture of molten materials known as corium. Such accidents have occurred in the past in nuclear reactors of different types: the Three Mile Island accident in 1979 involving a Pressurised Water Reactor, the Chernobyl accident in 1986 involving an RBMK-type reactor, and the Fukushima accidents in 2011 involving Boiling Water Reactors. Although rare, these disasters are possible. The probability of occurrence and the consequences must be anticipated and reduced as far as possible. These studies present nuclear safety issues. In the study of severe accidents in nuclear reactors, a major problem is the cooling of the corium when it is in the form of bed of resolidified particles called the debris bed. The majority of models treat this debris bed as an immobile porous medium. But these debris are not bonded and they are able to move under the influence of sodium flows. This thesis focuses specifically on the study of these movements, which lead to the self-leveling of the initially conical debris bed. A theoretical macroscopic multiphase flow model with heat source term and phase change including a mobile particulate solid phase is proposed. This model is then partially implemented in the OpenFOAM open source C++ computational platform and verified.