Modélisation du renoyage d'un coeur de réacteur fortement dégradé

Andrea Bachrata a soutenu sa thèse le 11 octobre 2012 à Cadarache.

Un accident grave est qualifié comme un événement hautement improbable, mais est déjà survenu aux Etats-Unis en 1979. En plus, les événements récents au Japon sur les centrales nucléaires de Fukushima ont montré que ce type d’accident peut survenir et que son impact sur l’environnement et la vie publique est considérable. Ce type d’accident peut résulter d’une suite d’événements qui aboutit à la fusion partielle du cœur du réacteur. Les matériaux fondent progressivement et s’accumulent en fond de cuve. Compte tenu de la forte puissance résiduelle dégagée par les matériaux du cœur, il y a un risque de rupture de la cuve du réacteur et de contamination de l’environnement. Ces matériaux doivent donc être refroidis le plus rapidement possible. Suivant l’instant de déclenchement de l'injection d'eau dans un cœur dégradé (appelée renoyage) les zones du cœur présentent des degrés de dégradation variables. Ceci conduit à des écoulements 3D double phase dans la cuve. La modélisation de cette hydraulique est primordiale dans le développement du code Icare-Cathare qui est un des outils de l'IRSN pour les études de sûreté. Dans le cadre du développement du code Icare-Cathare, l’objectif de cette thèse a été de développer un modèle de renoyage 3D capable de traiter les configurations du cœur dégradé lors d'un accident grave. Le modèle proposé est présenté en soulignant les améliorations. Le modèle est caractérisé par un traitement du déséquilibre thermique entre les phases solide, liquide et gazeuse. Il inclut aussi deux équations de quantité de mouvement (une pour chacune des phases fluides). Dans cette thèse, les améliorations significatives ont été apportées sur les lois de transfert de chaleur dans différentes zones d’ébullition. Les critères caractérisant la transition entre différents régimes d’écoulement ont été mieux définis. En parallèle, l’IRSN a lancé un programme expérimental (essais Prelude et Pearl) dont l’objectif est de permettre la validation du modèle sur un dispositif 2D représentatif du renoyage de particules. L’analyse des résultats expérimentaux permet de vérifier les lois physiques proposées et la cohérence du modèle global. La validation quantitative sur les données expérimentales a été réalisée et a montré que le modèle fournit des résultats satisfaisants. Enfin, une discussion a été entamée sur les conditions d’application de ce modèle à l’échelle d’un cœur de réacteur, en étudiant plus particulièrement les aspects 2D dûs à la progression radiale de l’eau dans certaines situations.