Le code CATHARE

 

CATHARE (Code Avancé de ThermoHydraulique pour les Accidents de Réacteurs à Eau) est un code système de thermohydraulique diphasique développé depuis 1979 par le CEA dans le cadre d'un accord réunissant le CEA, EDF, FRAMATOME et l'IRSN.

Le code en est aujourd’hui à la 3^ème version majeure et est utilisée notamment pour les analyses de sûreté des réacteurs à eau sous pression, la vérification de procédures de conduite post-accidentelles et pour de la recherche et développement.

 

Le code CATHARE dispose d’une structure modulaire en plusieurs dimensions : 0D, 1D ou 3D. Il permet de représenter tout type de réacteurs (réacteurs à eau sous pression (REP, RBMK, VVER...), diverses boucles systèmes (par exemple BETHSY ou LOFT) et de nombreuses expériences analytiques (CANON, ECTHOR, MARVIKEN, PERICLES…). Il contient aussi un module capable de simuler le comportement d'une enceinte d'un réacteur nucléaire en cas d'une brèche dans le circuit primaire ou secondaire.
Ce code utilise par défaut un modèle à 2 phases avec 6 équations (équations de conservation de masse, d'énergie et de quantité de mouvement pour chacune des phases) et propose également un modèle mono phasique ainsi qu’un modèle à 3 phases (gouttes et phases vapeur et liquide continues) avec 9 équations. La méthode numérique dans le code est implicite en 0D et 1D, et semi-implicite en 3D. Cette méthode robuste et efficace permet d'obtenir un bon compromis entre précision et coût du calcul.

La validation des versions successives du code repose sur deux étapes : une qualification sur des expériences à effet séparé (CANON, ECTHOR, MARVIKEN, PERICLES…) puis une vérification du comportement global du code sur des expériences systèmes (notamment BETHSY, LOFT).

 

CATHARE est capable de simuler les phénomènes physiques qui interviennent en cas de perte de réfrigérant primaire (APRP grosse, moyenne et petite brèches), de rupture de tubes de générateur de vapeur (RTGV), de perte d'eau alimentaire (RTE), de perte du refroidissement du réacteur (RRA), de rupture de tuyauterie vapeur (RTV). Le code CATHARE a été couplé au code DRACCAR de l’IRSN pour l’étude du comportement des crayons combustibles suite à un accident de perte de refroidissement (APRP). Le code CATHARE a aussi été intégré dans le simulateur SOFIA (Simulateur d’Observation du Fonctionnement Incidentel et Accidentel) de l’IRSN, pour les réacteurs du parc EDF, qui permet notamment la formation des experts, la préparation des exercices de crise ainsi que la réalisation d'études en support à l'expertise.

 

La version 3 du code est développée dans le cadre d’un projet plus vaste : la plate-forme NEPTUNE. Co-financé par EDF, le CEA, l’IRSN et FRAMATOME, NEPTUNE a pour principal objectif de développer la nouvelle génération d'outils de simulation en thermohydraulique nucléaire diphasique (eau liquide/vapeur), capables de fonctionner aux différentes échelles (échelle locale, échelle du composant et échelle du système) de la 3D locale moyennée jusqu’à la 0D macroscopique. Le périmètre de NEPTUNE intègre des fonctionnalités monophasiques pour assurer un passage continu vers le diphasique, mais ne comprend pas la simulation des grandes échelles (LES) ou la simulation numérique directe (DNS). La plate-forme NEPTUNE permet de coupler les différentes échelles entre elles, en particulier pour réaliser des zooms sur les zones les plus critiques.