Développement d'une approche par simulation aux grandes échelles pour la déflagration

L'explosion des gaz et plus particulièrement celle de l'hydrogène constitue une source d'accidents majeurs aussi bien dans les installations industrielles classiques que nucléaires. Dans les installations nucléaires, ces explosions peuvent entraîner la perte de confinement des matières radioactives et leur rejet dans l'environnement. Afin de prévenir ces risques et de limiter leurs conséquences, il est primordial de se doter d'outils de calculs capables de prédire de manière réaliste les charges en pression et en température générées par l'explosion de gaz. Le logiciel P2REMICS (Partially Premixed Combustion Solver) a été développé par l'IRSN dans ce but. Il permet de traiter les écoulements turbulents réactifs compressibles ou faiblement compressibles, tels que ceux rencontrés lors d'une explosion. La turbulence est modélisée selon des modèles statistiques (RANS) en un point. Le modèle de combustion, basé sur une approche de type level-set , suppose que le processus qui transforme les gaz frais en gaz brûlés advient dans une zone réactive mince se propageant à travers l'écoulement. Les équations de conservation des espèces sont résolues afin de pouvoir traiter les flammes partiellement prémélangées. Le modèle est fermé par une corrélation de vitesse de flamme turbulente, le plus souvent obtenue expérimentalement, qui dépend des propriétés du mélange des gaz frais ainsi que des caractéristiques turbulentes de l'écoulement. La validation du logiciel sur différentes expériences à petite et à moyenne échelle a mis en évidence d'une part la difficulté de choisir une corrélation de vitesse de flamme "adaptée" à la configuration étudiée et d'autre part la grande dispersion de résultats obtenus selon la corrélation choisie. Cette difficulté est amplifiée par le fait que ces corrélations dépendent fortement des caractéristiques turbulentes de l'écoulement et qu'il n'existe à ce jour pas ou très peu de résultats expérimentaux permettant de valider les modèles de turbulence implémentés dans P2REMICS dans les situations d'intérêt pour l'IRSN (très fort nombre de Reynolds, grande échelle spatiale).

L'objectif de cette thèse est donc tout d'abord de développer et d'implémenter dans le logiciel P2REMICS un modèle aux grandes échelles adapté à nos configurations d'intérêt, afin d'obtenir une modélisation plus précise de la turbulence et de mieux appréhender les phénomènes en jeu. Ceci nous permettra par la suite de construire une approche plus prédictive en créant une nouvelle corrélation de vitesse de flamme ou en corrigeant celles déjà existantes, ou plus simplement en instaurant des règles qui permettront de choisir la corrélation plus adaptée à une situation donnée.