Thèse soutenue

Modélisation de la réaction Na-H2O appliquée au lavage des composants contenant du sodium à l'état solide dans une enceinte inertée ou non

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Auteur / Autrice : Sofia Carnevali
Direction : Pierre GuigonChristophe Proust
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels et développement durable
Date : Soutenance en 2012
Etablissement(s) : Compiègne
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Résumé

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Cette thèse s’insère dans le cadre des réacteurs rapides à caloporteur sodium (RNRNA) pour lesquels la connaissance approfondie de la réaction chimique entre le sodium et l’eau représente un challenge important aussi bien pour les opérations de traitement du sodium mises en oeuvre durant l’exploitation ou le démantèlement des installations actuelles que pour la filaire SFR (Sodium Fast Reactor) qui est un des concepts de référence envisagé pour les réacteurs de IV génération (R4G). Le sodium est utilisé dans ce type de réacteurs comme réfrigérant primaire du fait de ses propriétés thermiques et neutroniques. Toutefois, le sodium réagit énergiquement avec l’eau (en produisant principalement de l’hydrogène et de la soude) : la compréhension et la maîtrise de cette réaction représentent un enjeu majeur pour la sûreté des réacteurs. Jusqu’à aujourd’hui, le caractère explosif du contact entre sodium et eau était attribué à la réaction secondaire entre l’hydrogène (produit par la réaction sodium-eau) et l’oxygène présent dans l’air. Une importante recherche bibliographique a été conduite et plusieurs expériences ont démontré la présence de réaction explosive aussi bien en présence qu’en absence d’air. Par conséquence, les phénomènes explosifs ne sont pas forcement liés à la présence d’oxygène. La reprise de l’analyse des essais réalisés au CEA, a permis d’avoir une meilleure compréhension phénoménologique de la réaction. L’importance de la vaporisation de l’eau et son potentiel explosif ont été mis en évidence. D’autres essais ont été réalisés dans le cadre de cette thèse pour compléter la compréhension des aspects dynamiques de la réaction. L’étude et l’application aux résultats expérimentaux avec le modèle actuellement utilisé au CEA a bien démontré la nécessité de développer un modèle physique capable de prévoir les effets de pression qui suivent l’interaction entre le sodium et l’eau. Un modèle physique a donc été proposé sur la base des phénomènes identifiés pendant la première partie de cette thèse. Les résultats sont en très bon accord avec les données expérimentales. En conclusion, la complexité de l’interaction entre le sodium et l’eau, qui implique des phénomènes en cinétique rapide en même temps chimiques et thermodynamiques a représenté un important challenge. Ceci a abouti à une meilleure compréhension phénoménologique de la réaction et à la proposition d’un modèle physique tenant compte des aspects thermochimiques et dynamiques, capable d’évaluer les effets explosifs de l’interaction.