Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études de sûreté associées aux Accidents Graves dans les Réacteurs à Neutrons Rapides refroidis au Sodium et plus particulièrement lorsque le cœur fondu se relocalise par gravité vers le récupérateur en fond de cuve. Un jet de corium (mélange de combustible et éléments structurels du cœur fondus) interagit alors violemment avec le fluide caloporteur du réacteur. Ce phénomène est appelé FCI pour Fuel Coolant Interaction. L’interaction induit entre autres la fragmentation du jet de corium (particules dispersées) couplée à l’ébullition en film du réfrigérant. Les caractéristiques du film de vapeur sont déterminantes pour étudier et modéliser la phase de fragmentation du combustible menant potentiellement à une explosion vapeur sodium.
La DNS (Direct Numerical Simulation) de l’ébullition en film dans ces conditions est très coûteuse notamment, en raison de la finesse des films, des transferts de masse à prendre en compte aux échelles les plus fines et de la prise en compte de la compressibilité.
L’objectif de la thèse est alors de simuler l’ébullition en film avec une modélisation compressible hors-équilibre à même de relaxer ces contraintes avec une grande généralité. En effet, la connaissance des déséquilibres entre les phases permet d’évaluer localement les échanges, par exemple de chaleur grâce à des corrélations semi-empiriques, tout en conservant une résolution propre des échelles d’écoulements principales. Le modèle proposé devra prendre en compte l’évaluation de l’aire interfaciale afin d’évaluer finement les transferts de masse et de chaleur à l’interface liquide-vapeur.
A partir de là, le travail de thèse sera décomposé en 3 parties, en plus de l’étude bibliographique initiale. La première partie concernera le choix ou la proposition de modèles, macroscopiques enveloppes d’une part, à haute précisions d’autre part, permettant la simulation de l’ébullition en film. La deuxième partie verra ensuite la mise en œuvre dans le code CFD (Computational Fluid Dynamics) SCONE sur base TRUST (code Open Source développé au CEA) des modèles et méthodes numériques permettant la résolution fiable des problèmes considérés. Enfin la dernière partie du travail sera dédiée à des travaux prospectifs et à des études de sensibilité des modèles numériques, notamment géométrique et aux conditions thermiques (sous refroidissement du réfrigérant, champ de température dans le solide), afin de déterminer le domaine de validité des travaux proposés et les voies d’amélioration potentielles.
D’une manière générale, la thèse permettra de caractériser numériquement l’ébullition en film vapeur. L’amélioration de la modélisation de l’ébullition en film dépasse aussi largement le contexte des phénomènes d’interaction combustible réfrigérant et sera donc applicable à une multitude de problématiques industrielles et académiques. Le travail proposé ouvre ainsi des perspectives professionnelles en particulier vers les centres de recherche et les départements de R&D dans l’industrie.
Un stage de master 2 est proposé par l’équipe en complément de la thèse.