Etude expérimentale de la combustion de l’hydrogène dans une atmosphère inflammable en présence de gouttes d’eau

Homan Cheikhravat, thèse de doctorat de l'université d'Orléans, discipline énergétique - mécanique des fluides, école doctorale sciences et technologies, 260 p., soutenue le 25 septembre 2009

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études de sécurité relatives aux réacteurs à
eau pressurisée des centrales nucléaires. Les scénarios où il y a libération d’hydrogène prévoient de déclencher l’aspersion afin d’abaisser la pression et de rabattre les aérosols.
Cependant l’aspersion entraîne l’abaissement de la température et, par conséquent, de la teneur en vapeur d’eau initialement suffisante pour rendre l’atmosphère inerte. L’objet de cette thèse est d’examiner les conditions de désinertage des milieux hydrogène/air/vapeur d’eau en présence d’un brouillard puis d’analyser l’interaction entre le spray d’eau et une flamme initialement laminaire ou turbulente. A cet effet deux installations ont été réalisées : une sphérique à inflammation centrale de 56 L pouvant être chauffée jusqu’à 200°C et une de grand volume munie d’un dispositif d’accélération de flamme (ENACCEF). Avec ces outils ont été déterminées les limites d’inflammabilité des mélanges H2/air/vapeur d’eau en fonction de la pression et de la température, le comportement des flammes au voisinage des limites, l’effet de l’aspersion sur le désinertage et enfin l’interaction entre le front de flamme et les gouttelettes en fonction notamment de leur granulométrie. L’influence d’un
gradient de concentration d’hydrogène sur le critère de limite de flamme accélérée ainsi que le rôle de l’aspersion sur la propagation d’une flamme turbulente ont également été étudiés.
Il ressort que l’aspersion peut provoquer non seulement le désinertage mais aussi être inefficace dans l’extinction de la flamme et même, dans certains cas, accroître la turbulence et l’accélération de la combustion.