Contributions à la qualification du shéma de calcul de criticité "CRISTAL".

Thèse d'Emmanuel Gagnier, 24 juin 1999, Université d'Aix-Marseille I

Emmanuel Gagnier a soutenu avec succès (mention très honorable) une thèse le 24 juin 1999 au Centre Saint Jérôme de l’Université de Provence à Marseille. Le sujet développé s’intitule « Contribution à la qualification du schéma de calcul de criticité CRISTAL : Interprétation d’expériences critiques et Elaboration d’un système de caractérisation des configurations neutroniques ». La thèse était cofinancée par COGEMA et pendant trois ans ses tuteurs ont été Jean-Michel Gomit et Ali Nouri du DPEA/SEC. Emmanuel a par ailleurs bénéficié des conseils avisés de Gilles Poullot et Jacques Anno et du soutien de toute l’équipe du Service d’Etudes de Criticité. Ont également collaboré : Paul Reuss, Directeur de la thèse et Professeur à l’Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (Saclay) et Laurent Carraro de l’Ecole des Mines de Saint Etienne. De plus, les travaux d’Emmanuel Gagnier ont fait l’objet de présentations et de publications dans un cadre international : Réunion de l’OCDE sur les besoins expérimentaux pour la criticité (Washington, novembre 1998) et ICNC 99 (International Conference on Nuclear Criticality Safety, Versailles, septembre 1999). D’août 1999 à décembre 2001, Emmanuel Gagnier a travaillé avec les criticiens de SGN à Saint Quentin en Yvelines dans le cadre d’un contrat avec la société APTUS. En mars 2002, il a rejoint le pôle « Calculs de criticité » (CEA/DEN/DM2S/SERMA), un des 16 pôles de compétence en sûreté du CEA/DSNQ. Ce travail de thèse contribue à la qualification du nouveau formulaire de criticité CRISTAL et s’inscrit dans le cadre de la modernisation et de l’amélioration des outils de calcul. Une première partie présente les éléments de neutronique, les objectifs des études de sûreté criticité et le formulaire CRISTAL. Ensuite, les travaux de qualification ont porté sur deux séries d’expériences concernant des solutions d’oxyfluorure d’uranyle (UO2F2) et des poudres d’UO2. Pour ces expériences, les écarts entre les résultats de calcul et les résultats expérimentaux ont été analysés. Il a été mis en évidence d’intéressants phénomènes physiques tels que la compensation d’erreurs existante entre la mauvaise représentation de la première résonance de l’oxygène avec un maillage énergétique à 99 groupes et la modélisation de l’anisotropie de la diffusion ou bien l’influence de l’ 234 U dans des solutions fortement enrichies en 235 U. Une fois le travail de qualification expérimentale effectué, se pose la question de l’utilisation de la base de qualification et des écarts «calculs-expériences» qui s’y rapportent. Il est souvent difficile de faire le lien entre une «configuration étudiée» et les expériences de la base de qualification. Le système de caractérisation présenté se propose de répondre de façon automatique et quantifié à cette difficulté : - en apportant une réponse quant à la qualification du formulaire pour une «configuration étudiée», - en donnant une estimation du biais lié au formulaire. Pour répondre à ces points, un ensemble de 35 paramètres neutroniques caractéristiques représentant le comportement du milieu a été défini. Pour traiter l’information apportée par ces paramètres et l’utiliser pour répondre aux objectifs du système, nous faisons appel à des méthodes statistiques (Analyse en Composantes Principales et Régression Inverse par Tranches). Les résultats obtenus lors des études de faisabilité ont montré la pertinence de ces méthodes pour les objectifs considérés.