Développement et application de la réfractometrie arc-en-ciel global pour l'étude des transferts massique et thermique dans un spray.

Pascal LEMAITRE Thèse de doctorat de l'Institut National des Sciences Appliquées de Rouen spécialité énergetique, 161p. soutenue le 14 décembre 2004

Lors d’un hypothétique accident grave dans un Réacteur nucléaire à Eau Pressurisée (REP), de l’hydrogène produit par la dégradation et l’oxydation du cœur du réacteur et de la vapeur d’eau à haute pression peuvent être libérés dans l’enceinte de confinement du réacteur. La répartition de l’hydrogène dans cette enceinte est alors dépendante des écoulements de convection forcée, mixte ou naturelle, qui vont s’établir. Ce type de scénario accidentel conduirait donc à la pressurisation de l’enceinte de confinement et à un risque potentiel de combustion de l’hydrogène, pouvant nuire à l’intégrité du bâtiment réacteur. Un des moyens de sauvegarde du REP, dénommé aspersion, consiste à déclencher des pulvérisations d’eau froide dans l’enceinte de confinement, dans le but de faire baisser sa pression interne et sa température, grâce à la condensation de la vapeur d’eau sur les gouttes d’eau injectées. De plus, l’aspersion assure un brassage du mélange gazeux constitué d’air, de vapeur d’eau et d’hydrogène, ce qui contribue à faire baisser la concentration locale en hydrogène. L’expérience TOSQAN, développée par l’IRSN, permet de reproduire des conditions thermo-hydrauliques représentatives de séquences accidentelles pouvant être rencontrées dans un REP. Dans le cadre du programme actuel dédié à l’étude de l’aspersion, une technique optique innovante a été mise en œuvre sur l’expérience TOSQAN pour caractériser finement les transferts massique et thermique entre un spray et l’atmosphère environnante.
La thèse détaille le développement et la qualification de la technique arc-en-ciel global qui permet de mesurer, de manière non-intrusive, la température des gouttes au cours de leur chute.
Cette technique a été couplée à d’autres diagnostics optiques tels que la spectrométrie par diffusion Raman spontanée, la PIV (Particle Image Velocimetry) et l’imagerie en défaut de mise au point, pour mesurer respectivement les fractions de vapeur d'eau ainsi que les vitesses et les tailles des gouttes.
Les résultats issus de ces campagnes d’essais ont conduit à une analyse globale et locale de l’interaction entre les gouttes d’aspersion et le mélange air/vapeur. Cette analyse permet de mettre en évidence les phénomènes physiques mis en jeu dans l’aspersion, à savoir la condensation de la vapeur sur les gouttes et leur évaporation.
De plus, le couplage des différentes techniques permet de valider le modèle de transferts massique et thermique implanté dans le code ACACIA.