Étude expérimentale et modélisation de l’autovaporisation en vase

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire Incertitudes et modélisation des accidents de refroidissement (LIMAR)

Date de début de thèse : octobre 2018
Nom du doctorant : Jimmy MARTIN

En cas de perte prolongée du refroidissement d’une piscine d’entreposage du combustible, la chaleur dégagée par le combustible est transmise à l’eau qui peut se vaporiser progressivement. Parmi les modes possibles de vaporisation figure la nucléation de bulles à partir d’eau surchauffée. Lors d’un accident, l’eau initialement chauffée sans bouillir au droit des combustibles, stockés en partie basse, s’élève par convection naturelle au sein du bassin. La grande profondeur des piscines, de l’ordre de 10 mètres, conduit à une variation verticale de température de saturation de près de 20°C, alors propice à une surchauffe de l’eau en mouvement. Le phénomène d’autovaporisation en vase, sujet de ce travail de thèse, désigne le retour à la saturation par la génération de bulles de cette eau surchauffée gravitairement.

Or ce mode de vaporisation n’est pas sans conséquence sur la sûreté de l’installation. En effet, des bulles présentes au sein de la piscine peuvent capter et transporter les espèces radioactives gazeuses dissoutes dans l’eau. Leur éclatement au niveau de la surface libre est aussi une source potentielle d’aérosols contaminés. De plus, leur présence au droit de la section d’aspiration du système PTR peut compromettre la reprise du refroidissement en cours d’accident.

Par ailleurs, le phénomène est à l’heure actuelle insuffisamment décrit dans la littérature. Dans les conditions d’un accident au sein d’une piscine, il existe une forte incertitude quant aux mécanismes par lesquels s’opère l’autovaporisation : des bulles nucléent-elles spontanément, sur des germes gazeux libres préexistants ou sur des particules solides en suspension ? Ou bien prennent-elles forme sur les parois immergées du bassin, en contact avec le liquide surchauffé ?

Cette première année de thèse est consacrée à l’étude de l’autovaporisation au moyen d’un dispositif expérimental reproduisant à petite échelle la configuration d’une piscine et réalisé à l’Université catholique de Louvain. En jouant sur la pression et la puissance de chauffage, il s’agit de comprendre les conditions propices à la génération de bulles et d’en estimer l’intensité. L’expérience dispose de mesures de pression et de température ainsi que d’une caméra rapide, couplée à un dispositif d’ombroscopie, permettant une étude fine des bulles formées. Les premiers essais réalisés ont permis de mettre en évidence le rôle crucial joué par la concentration des gaz dissous dans le liquide dans le processus d’autovaporisation. Au cours des années suivantes, les essais de caractérisation du phénomène seront poursuivis. Des travaux de modélisation, notamment au sein du logiciel de thermohydraulique diphasique Neptune_CFD seront menés sur la base des résultats expérimentaux obtenus.