Etude des mouvements convectifs dans une couche mince chauffée par le dessous et refroidie sur le bord – Application aux situations de rétention des matériaux fondus dans la cuve d’un réacteur nucléaire en situation d’accident grave

L'IRSN a coordonné de 2015 à 2019 le projet IVMR (In-Vessel Melt Retention) portant sur l'étude de la stratégie de rétention du corium en cuve en cas d'accident grave de réacteur nucléaire et financé par la commission européenne. À la suite de ce projet, une nouvelle méthodologie d'évaluation de cette stratégie s'appuyant sur l'utilisation de codes permettant de décrire l'évolution transitoire de l'accident a été proposée. Les principales incertitudes dans les évaluations actuelles ont également été identifiées. Elles portent notamment sur le flux thermique maximal obtenu en paroi externe de la cuve au niveau de la couche métallique supérieure, qui dépend de l'évaluation des transferts thermiques dans une fine couche de métal, ainsi que de la cinétique de croissance de cette couche de métal au-dessus du bain de corium. L'objectif de ma thèse est d'étudier les mouvements convectifs dans cette couche de métal chauffée par le bas et refroidie sur les bords ainsi que dans une moindre mesure sur la surface supérieure. Celle- ci repose sur les deux aspects suivants menés séquentiellement : simulations numériques 3D DNS (Direct Numerical Simulation, toutes les échelles de la turbulence sont résolues), avec le code NEK500, et la mise en place et utilisation d'un banc expérimental. Ce dernier permettra d'obtenir des résultats en similitude sur des mouvements de gaz par vélocimétrie par image de particules (PIV).

L'objectif est d'établir des lois d'échelle des propriétés moyennes (flux sur le côté, température moyenne en volume et sur le dessus), mais aussi diverses statistiques (fluctuations, déviations standard, max/ min, ...) afin de caractériser l'écoulement et d'en déduire une modélisation utilisable à l'échelle réacteur.

Au cours de cette première année, je me suis attelé, avec l'aide du service ingénierie de l'IRPHE et de mes encadrants de thèse, à la conception totale du dispositif expérimental. En parallèle, une étude numérique systématique a permis de mettre en évidence des lois d'échelles sur la température moyenne et la différence de température entre la surface supérieure et inférieure du système en fonction des différents paramètres du problème. Une explication théorique basée sur une approche dimensionnelle a été proposée dont les hypothèses sous-jacentes ont été vérifiées numériquement. L'émergence d'une instabilité faisant apparaître des branches thermiques en rotation a également pu être mise en lumière et commencée à être analysée.