Les réacteurs de 4ième génération à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) constituent une solution pérenne à la crise énergétique et au réchauffement climatique. Dans le cadre du programme ASTRID, le CEA a été engagé durant environ 10 ans dans la conception d’un démonstrateur industriel. Malgré l’arrêt du projet en 2019, les recherches sur la technologie des RNR-Na se poursuivent au travers d’études de concepts innovants de réacteur (Anais, Atrium…).
Dans la conception de ce type de réacteur, la cuve comporte une surface libre couverte d’argon pour réduire les transferts thermiques vers le couvercle. Sous certaines conditions, ce gaz peut être entrainé au travers de vortex dans la partie basse du réacteur en raison de l’aspiration des pompes. Le relâchement d’une poche de gaz ainsi formée au niveau des assemblages de combustible est une source d’augmentation de la réactivité neutronique et soulève des questions de sûreté. Il est donc essentiel de pouvoir caractériser les conditions opératoires pour lesquelles ces vortex peuvent apparaître à la surface. Cette problématique étant très difficile à appréhender par les codes de calculs, des expérimentations ont donc été menées pour étudier l’occurrence de l’entraînement de gaz dans diverses configurations. Néanmoins les outils mis en œuvre lors de ces campagnes d’essais ne permettent pas à ce stade une analyse suffisamment approfondie pour comprendre la phénoménologie de formation des vortex.
La thèse proposée a ainsi pour vocation d’étudier les vortex à la surface de la maquette MICAS, représentative à l’échelle 1/6 du projet de réacteur ASTRID. Le sodium étant complexe à utiliser pour les expérimentations, un fluide simulant, l’eau, est mis en œuvre dans ces essais. L’objectif de cette recherche est de caractériser finement les vortex en termes d’occurrence, de diamètre, de profondeur et de vitesse afin d’apporter des éléments nécessaires à leur modélisation et leur prédiction dans les codes de calculs. Le travail de thèse se décomposera, hormis la partie bibliographique, en 3 parties, correspondant sommairement aux trois années de la thèse : développement du système de caractérisation basé sur de l’imagerie, caractérisation des vortex suivant différentes configurations (géométriques et opératoires), intégration dans un modèle. Une première solution envisagée pour le système de caractérisation des vortex est basée sur un réseau de caméras à grand champ, placées sous différents angles, mais d’autres solutions pourront aussi être étudiées.
Le laboratoire d’accueil dispose déjà de la maquette et des moyens de mesure (caméras rapides, système de mesure de vitesse…) afin de mener des expérimentations dès l’arrivée du doctorant. Ils pourront être complétés par d’autres outils en fonction du système de caractérisation développé. Enfin une ouverture vers l’international pourra être envisagée au travers de la collaboration avec l’agence japonaise JAEA.
Le travail proposé ouvre des perspectives professionnelles en particulier vers les centres de recherche et les départements de R&D dans l’industrie.