L'objectif de cette thèse est de participer au développement d’un nouveau concept de composant destiné à l’extraction de chaleur au sein des futures centrales à fusion nucléaire par confinement magnétique.
Ce concept repose sur l’écoulement continu d’un film mince (<cm) de métal liquide sur un plan incliné. Cette technologie qui a déjà montré son efficacité par le passé dans le cadre du projet DONES (hors environnement magnétisé) représente à ce jour une solution alternative plausible pouvant répondre à terme aux exigences des futures machines à fusion compactes, qui sont depuis l’avènement récent des aimants supraconducteurs à haute température, particulièrement étudiées par les organismes publics et privés en vue de créer des centrales à fusion plus économiques. La compacité induisant une densification des flux thermique & neutronique exige une capacité d’extraction de chaleur décuplée (100 MW/m²) au regard des limites technologiques actuelles (10 MW/m²) assurées par des composants solides en tungstène.

La montée en maturité de ce concept de composant à métal liquide est en cours au CEA et fait l’objet de développements numériques et expérimentaux dédiés. Toutefois, (i) la connaissance précise des propriétés physiques et thermodynamiques (tension de surface, viscosité, conductivité thermique) des métaux liquides candidats (Li, LiH, LiSn) ainsi que (ii) la caractérisation de l’écoulement lui-même (mesure de la vitesse, de l’épaisseur du film, de la hauteur des vagues en surface libre) sont cruciales pour améliorer notre compréhension des phénomènes observés lors d’expériences d’écoulement représentatives menées en eau sous flux thermiques.
Cette thèse vise à pallier les problématiques (i) et (ii) en développant une approche combinant modélisation; en vue de simuler l’écoulement continu du métal liquide en environnement représentatif (sous flux thermique et environnement magnétisé) et expérimentation; sur le banc SALTO basé à l’Institut Fresnel (pour l’identification des grandeurs physiques et thermodynamiques) et le banc d’écoulement école en eau du CEA (TRITON) pour la caractérisation et l’étude de l’écoulement fluide lui-même.

La thèse sera menée dans le cadre d’une collaboration entre l’IRFM (Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique) qui fait partie de la direction de la Recherche Fondamentale du CEA basé sur le centre de Cadarache et l’équipe ILM (Interaction Laser Matière) de l’Institut Fresnel.