Laboratoire d'étude de la physique du corium (LEPC)
Le Laboratoire d'Étude de la Physique du Corium (LEPC), localisé dans les Bouches-du-Rhône sur le site du centre de recherche de Cadarache, se consacre à améliorer la connaissance sur la dégradation du combustible en situation d’accident grave et sur la progression du corium (mélange de combustible fondu et de matériaux de structure) dans la cuve du réacteur puis dans le bâtiment réacteur. De plus, il développe des logiciels spécialisés pour simuler ces phénomènes regroupés au sein de la plateforme logicielle MASTERS (Major Accident Simulation Tools for Enhancing Reactors Safety).
L'équipe est composée de 13 membres permanents ainsi que de 2 à 5 étudiants. Au sein de l’IRSN, le laboratoire appartient aux groupes thématiques de recherche « Combustible en situations accidentelle » et « Thermohydraulique des systèmes nucléaires » et a été agréé par l’HCERES en 2021. Il apporte également un soutien technique dans le cadre des expertises de sûreté.
Contexte
On appelle accident « grave » ou « accident de fusion du coeur » d’un réacteur nucléaire un accident au cours duquel le combustible du réacteur est significativement dégradé avec fusion plus ou moins étendue du coeur du réacteur.
Pour les réacteurs actuellement en exploitation en France, la probabilité d’un tel accident est très faible. Néanmoins, si la dégradation du coeur ne peut pas être contenue dans la cuve du réacteur, l’accident peut à terme conduire à la perte de l’intégrité du confinement et à des relâchements importants de produits radioactifs dans l’environnement.
La mission principale du laboratoire d'étude de la physique du corium est de renforcer la compréhension de la dégradation du combustible lors d'accidents graves, ainsi que de la progression du corium dans la cuve du réacteur et à l'intérieur du bâtiment réacteur. Il traite de la thermohydraulique accidentelle dans la mesure où elle interagit avec les mécanismes de dégradation et étudie l’ensemble des mécanismes résultant de l’interaction entre le corium et le réfrigérant pouvant entre autres conduire à un chargement thermomécanique de structure ou encore à une stabilisation de la progression du corium. Le laboratoire coordonne et contribue au développement des logiciels de la plateforme logicielle MASTERS pour capitaliser cette connaissance et en permettre la valorisation pour les études supports aux expertises de sûreté. Il contribue également dans ces domaines de compétence au développement d’outils de gestion des situations d’urgence nucléaire ou radiologique. Il réalise également des études spécialisées en support à l’expertise ou au développement d’études probabilistes de sûreté. Le laboratoire appartient aux groupes thématiques de recherche « combustible » et « thermohydraulique »
Les savoirs et les métiers du laboratoires sont les suivants :
- Thermohydraulique des milieux diphasés
- Physico-chimie et thermochimie des matériaux
- Physique des transferts de masse et de chaleur
- Physique des transferts de masse et de chaleur dans les milieux poreux
- Simulation numérique des systèmes physiques
Axes de recherche
Les axes de recherche du LEPC concernent la modélisation de la dégradation du combustible lors d’accidents graves, la progression en cuve et hors cuve de l’accident ainsi que l’analyse de la thermohydraulique associée.
Simulation numérique de la densité du fluide lors des processus de pseudo-ébullition en condition supercritique (P = 240 bars) autour d'un cylindre fixe, avec le modèle MC3D-MESO
- Thermohydraulique accidentelle
Les objectifs sont d'améliorer la compréhension de l'interaction entre le corium et l'eau (projet ICE), d'étudier les phénomènes d'écoulement de l'eau et de la vapeur dans les milieux poreux afin de mieux modéliser les processus de d’injection d’eau sur un cœur dégradé (projet PROGRESS), ainsi que de modéliser les phases de dénoyage des piscines de combustible (projet DENOPI).
Simulation numérique de la relocalisation d’une barre de contrôle en train de fondre dans l’espace inter-gaine
- Dégradation des matériaux à l'intérieur de la cuve :
Le laboratoire mène des recherches pour comprendre et modéliser les mécanismes de formation, de propagation et de refroidissement du corium en cuve. Cela inclut l'analyse des propriétés thermodynamiques, des réactions chimiques et des interactions avec les matériaux environnants.
Phénomènes physique modélisé en phase interaction corium béton (ICB)
- Interaction corium béton (ICB) :
Les recherches sur l'interaction corium-béton explorent les processus impliqués lorsque du corium, entre en contact avec le béton du bâtiment réacteur. Elles incluent l'étude des phénomènes physico-chimiques comme l’oxydation des phases métalliques du corium, la dissolution du béton, la formation de produits de réaction et la génération de gaz. Ces travaux visent à prédire les conséquences des accidents graves et à développer des stratégies pour renforcer la sûreté nucléaire.
Équipements et techniques
La plateforme logicielle MASTERS (Major Accident Simulation Tools for Enhancing Reactors Safety)
Cette plateforme a pour principaux objectifs de permettre les calculs suivants :
- Progression d’accidents à différentes échelles (système avec ASTEC ou CFD avec MC3D) menant à des rejets dans l’environnement
- Évaluation des rejets de produits de fission provenant de la pastille combustible (MFPR-F)
- Évaluation simplifiée des rejets (MER)
- Thermophysique de mélanges d’intérêt (NUCLEA)
Les logiciels intégrés dans la plateforme, tous développés par PSN-RES, incluent ASTEC, MC3D, MFPR-F et MER. Ces outils permettent d’effectuer des simulations à différentes échelles, allant de l’approche par zone au calcul CFD. La plateforme MASTERS contient également la base de données de matériaux NUCLEA, ainsi que son interface NUCLEA-toolbox, nécessaires au développement des connaissances et à la validation de ces outils.
Dans le cadre de cette plateforme le LEPC a en charge :
Logiciel ASTEC
Le système de logiciels ASTEC (Accident Source Term Evaluation Code) permet de simuler l’ensemble des phénomènes qui interviennent au cours d’un accident de fusion du cœur d’un réacteur refroidi à l’eau, depuis l’événement initiateur jusqu’au rejet de produits radioactifs.
Le laboratoire à en charge les modules suivants :
- CESAR : Ce module de thermohydraulique diphasique, permet représenter les écoulements du réfrigérant dans les circuits primaire et secondaire, avec une approche bidimensionnelle dans la cuve
- ICARE : Ce module permet de calculer l’évolution de la dégradation des matériaux à l'intérieur de la cuve
- MEDICIS : Ce module permet d’évaluer l’érosion du radier du puits de cuve en béton par le corium qui s’y est localisé en cas de rupture de la cuve
Logiciel MC3D
MC3D est un logiciel de thermohydraulique multiphasique. Il est employé pour simuler la réaction de vapeur induite par l'interaction entre le combustible et le réfrigérant d'un réacteur nucléaire, principalement lors d'un accident grave où le combustible subit une fusion.
Études support
Le LEPC répond aux besoins identifiés dans l'analyse de sûreté en réalisant des études spécifiques sur certaines phases d'accidents graves, en utilisant des logiciels qu'il développe et maintient à la pointe de la technologie. De plus, le laboratoire participe aux études probabilistes de sûreté (EPS) de niveau 2, notamment en menant des analyses de propagation des incertitudes sur les calculs ASTEC.
Partenariat et réseaux de recherche
Principaux partenaires académiques
- M2P2, IRPHE (Marseille)
- IMFT (Toulouse)
- EM2C (CentraleSupelec Paris)
Principaux partenaires internationaux
NRC (États Unis), ANL (États Unis), ENEA (Italie), VTT (Finlande), KIT (Allemagne), NUS (Singapour).
Laboratoires IRSN partenaires
L'équipe
Hélène Bloch (Dr) : Chercheuse (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0000-0003-0939-5056
Laure Carénini : Chercheuse (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0009-0007-8090-3726
Laure Cloarec : Ingénieure étude et recherche (thermohydraulique, mécanique des fluides)
Alain Commandé : Ingénieur étude et recherche (thermohydraulique,mécanique des fluides)
Eric Delaume (Dr) : Ingénieur étude et recherche (thermohydraulique, mécanique des fluides)
Patrick Drai (Dr) : Ingénieur étude et recherche (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0009-0007-7446-5774
Florian Fichot (Dr,Hdr) : Expert, chercheur (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0000-0002-2134-3948
Laurent Foucher (Dr) : Chef de laboratoire n° ORCID 0009-0001-4825-3635
Laurent Laborde (Dr) : Chercheur (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0000-0002-0810-0124
Raphael Monod (Dr) : Ingénieur étude et recherche (mathématiques, informatique, statistique)
Stéphane Picchi (Dr) : Chercheur (thermohydraulique, mécanique des fluides)
Vincent Topin (Dr) : Chercheur (thermohydraulique, mécanique des fluides)
Julie-Anne Zambaux (Dr) : Chercheuse (thermohydraulique, mécanique des fluides) n° ORCID 0009-0007-1310-115X
Doctorants :
Florian Rein 2021-2024
Léo Falquet 2023-2026
Thèses et publications
Accédez à nos thèses et publications
Contact
Vous avez des questions?