Aérodispersion dans les risques naturels ou industriels et mitigation par des systèmes d’aspersion

​Jeanne Malet a soutenu son HDR jeudi 16 juin 2016

au CEA de Saclay

Les années 2000 ont vu le réveil de la société française vis-à-vis des risques environnementaux liés à la pollution particulaire ou gazeuse, et vis-à-vis de leur mitigation. La recherche scientifique s’intéresse pourtant depuis longtemps aux risques de dispersion des gaz et particules, qu’elle soit issue d’un risque naturel ou industriel. Dans ce dossier de demande d’Habilitation à Diriger des Recherches, on présente le cheminement scientifique pour la conduite de travaux de recherche en lien avec des besoins de protection de l’homme et des installations. Ces travaux sont présentés sous trois grandes thématiques, reposant notamment sur des bases de modélisations différentes : une première thématique est liée aux risques relatifs aux particules, à leur dispersion, conduisant à une inhalation qui peut être nocive pour l’homme ; une deuxième partie est liée aux risques induits par la dispersion de gaz toxiques et/ou explosibles, dommageable pour l’environnement et/ou les installations. Enfin, un des moyens de mitigation de ces risques repose sur l’utilisation de gouttes d’eau sous forme de spray et constitue la dernière des thématiques exposée.

La première partie concernant la dispersion particulaire illustre la dualité de l’association d’expérimentations et de la simulation numérique CFD (Computationnal Fluid Dynamics) initiée dès la fin des années 1990. On présente par exemple des travaux sur le transport, le dépôt, la neutralisation de particules radioactives dans des sondes de prélèvement d’ambiance, des balises de prélèvements atmosphériques ou des outils de génération ou de métrologie d’aérosols.

La deuxième partie traite de la dispersion de gaz et est illustrée par les travaux menés dans le cadre de la distribution de l’hydrogène dans une enceinte de bâtiment réacteur. On présente par exemple les effets de la condensation en paroi sur l’écoulement, la formation ou l’érosion d’une stratification gazeuse par un jet, dans des configurations à échelle réduite.

La dernière partie expose les travaux sur les dispositifs d’aspersion, en illustrant les effets des rideaux d’eau utilisés comme dispersion des gaz en cas de fuites de gaz toxiques sur un site chimique, ou les effets des rampes de sprays des enceintes nucléaires, qui permettent de réduire la pression de l’enceinte, mais qui engendrent aussi un brassage conséquent des gaz, et notamment de l’hydrogène. On montre, par des exemples, l’importance de l’entraînement de l’air lorsque l’aspersion est activée ou comment un spray peut éroder plus ou moins vite une stratification d’hydrogène selon sa position dans l’enceinte.

De plus, on montre que ces trois thématiques ont été menées dans le souci permanent d’allier des mesures expérimentales et des simulations numériques en CFD. Le maintien de cette dualité « expérimentale » et « numérique » a été l’un des points forts de ces travaux, évitant le cloisonnement dans l’une ou l’autre des approches.

Enfin, cette HDR regroupe des travaux menés dans le cadre de projets dont les objectifs et les contours ont le plus souvent été contraints par des priorités internes. Cependant, ils ont tous fait l’objet d’investigations propres à la Recherche, en procédant notamment à une évaluation de l’état de l’art afin de situer la place de la modélisation retenue par rapport à l’existant, en complément à un travail d’engineering fixé par les objectifs de l’institut. C'’est ainsi que nos codes de calculs ont été poussés vers des modélisations plus sophistiquées, nos validations de codes vers des comparaisons code-expérience toujours plus nombreuses, dans l’objectif permanent d’améliorer « le produit ». Il faut néanmoins, pour ce faire, s’associer à des coopérations internationales par le biais de projets européens ou de benchmarks qui ont pris une large part dans ces activités.