Etudes thermiques et optimisation d'un calorimètre dédié à la mesure des échauffements nucléaires dans le réacteur Jules Horowitz

• Auteur / Autrice : Julie Brun
• Direction : Abdallah Lyoussi, Christelle Reynard-Carette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Denis Bertin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdallah Lyoussi, Christelle Reynard-Carette, Denis Bertin, Jean-Raymond Gavarri, Stéphane Normand, Jean-Pierre Chauvin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Raymond Gavarri, Stéphane Normand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie nucléaire -- Recherche

Réacteurs nucléaires

Simulation, Méthodes de

Calorimétrie

Mots clés libres

Calorimétrie

Instrumentation

Echauffement nucléaire

Réacteur de recherche

Transferts thermiques

Calorimetry

Instrumentation

Nuclear heating

Research reactor

Heat transfers

Résumé

L'objectif de cette thèse était d'aboutir à une meilleure compréhension du comportement thermique d'un calorimètre, différentiel non adiabatique permanent, dédié à la mesure de l'échauffement nucléaire en MTR, puis à une optimisation de ce capteur et des méthodes de mesures associées et enfin à une proposition d'une configuration calorimétrique « miniaturisée ». Du fait du principe même de la calorimétrie (quantification d'énergie à partir de mesures de températures), une approche analytique ciblant les aspects thermiques a été conduite. Cette thèse a consisté à la conception, au développement et à l'exploitation de nouveaux outils analytiques thermiques expérimentaux et numériques. Un modèle thermique 2D axisymétrique résolu par méthode des éléments finis (code CAST3M) a été mis en œuvre, validé et utilisé en conditions non irradiées ou irradiées dans le cadre d'une étude paramétrique complète portant sur la réponse de différentes configurations calorimétriques. Ces travaux ont permis le dimensionnement d'un capteur plus sensible adapté aux conditions ciblées lors des premières campagnes d'irradiation en périphérie du réacteur OSIRIS (< 2W/g). Ces travaux ont également permis de définir une nouvelle cellule calorimétrique à échange directionnel radial, plus compacte pour des expériences futures en cœur du réacteur RJH à fort échauffement nucléaire (20W/g). Un dispositif expérimental a été conçu afin d'étudier le calorimètre plus sensible pour différentes contraintes thermiques (puissance injectée, température du fluide caloporteur) et fluidiques (intensité de la convection forcée) imposées.

The aim of this thesis was to reach a better understanding of the calorimeter thermal behavior of a calorimeter, differential non-adiabatic permanent, dedicated to the nuclear heating measurement in MTR, an optimization of the sensor and measurement methods associated and finally a suggestion of a calorimetric configuration ''miniaturized.'' Because of the principle of calorimetry (quantification of energy from temperature measurements), an analytical approach targeting thermal aspects was carried out. This thesis consisted of designing, development and exploitation of new experimental and numerical analytical thermal tools. A 2D axisymmetric thermal model solved by finite element method (CAST3M code) was implemented, validated and used in conditions unirradiated or irradiated through a complete parametric study related to the response of different calorimetric configurations. This work has allowed to design a more sensitive sensor adapted to conditions targeted for the first irradiation campaigns on the OSIRIS reactor reflector (<2W/g). These studies have also allowed to define a new calorimetric cell with radial directional exchange, more compact for future experiments in the RJH core with high nuclear heating (20W/g). An experimental set up was designed to study the most sensitive calorimeter in different thermal conditions (injected power, coolant temperature) and flow conditions (intensity of forced convection) imposed.