Contribution à l’étude de la réaction sodium-eau : application à la télédétection de l’hydrogène

Contribution to the study of the sodium-water reaction : application to the remote sensing of hydrogen

• Auteur / Autrice : Mirjana Milanovic
• Direction : Geraldine Guida
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 09/10/2020
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre) - Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Yannick Bailly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geraldine Guida, Yannick Bailly, Hassen Beji, Laurent Catoire, Philippe Hervé, David Ramel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hassen Beji, Laurent Catoire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène (combustible)

Eau -- Teneur en sodium

Raman, Effet

Combustion

Mots clés libres

Combustion

Stockage

Énergétique

Sodium

Raman

Énergie

Sodium

Combustion

Hydrogen

Raman

Energy

Storage

Résumé

Le fil conducteur de ce travail a porté sur les problèmes de sécurité des installations énergétiques qu’elles soient nucléaires comme la filière neutrons rapides qui utilise le sodium comme fluide caloporteur ou pour l’hydrogène comme moyen de stockage des énergies renouvelables. On s’est d’abord intéressé dans le cadre d’une étude expérimentale et de modélisation entreprise avec le CEA Cadarache à comprendre le mécanisme mal connu de la réaction sodium-eau à partir de la détermination des champs de température et de concentration dans l’immersion dans un volume d’eau d’une boule de sodium. Les gaz dégagés sont la vapeur d’eau, la vapeur de sodium, l’hydrogène et le radical OH° .Nous avons montré que la cinétique de réaction caractérisée par un temps assez long de latence que nous avons modélisé, progresse comme la pression de vapeur du sodium solide puis liquide jusqu’à atteindre 250°C où se produit une désagrégation puis l’explosion qui est peut-être du type de Coulomb. La température des effluents plafonne alors à 1400°C. Dans une deuxième partie nous avons utilisé les développements que nous avions faits précédemment à la télédétection par effet Raman de l’hydrogène. La télédétection de ce gaz inodore et incolore est une des conditions au développement de l’hydrogène « combustible du futur ». Avec le laser picoseconde utilisé, et bien que l’effet Raman soit particulièrement faible, nous pouvons déterminer la concentration d’une fuite et aussi ce qui est original la température d’une flamme à des distances atteignant la centaine de mètres.

The common thread of this work has been the safety problems of energy installations, whether they are nuclear, such as the fast neutron channel that uses sodium as a heat transfer fluid, or for hydrogen as a storage medium for renewable energies. An experimental and modelling study undertaken with CEA Cadarache first focused on understanding the poorly understood mechanism of the sodium-water reaction based on the determination of temperature and concentration fields in the immersion of a sodium ball in a volume of water. We have shown that the reaction kinetics characterized by a fairly long latency time, which we have modeled, progresses like the vapour pressure of solid and then liquid sodium until it reaches 250°C, where disintegration occurs and then the explosion, which may be of the Coulomb type. The temperature of the effluent then peaks at 1400°C. In a second part we used the developments we had previously made in the remote sensing of hydrogen by the Raman effect. The remote detection of this odorless and colorless gas is one of the conditions for the development of hydrogen, the "fuel of the future". With the picosecond laser used, and although the Raman effect is particularly weak, we can determine the concentration of a leak and also what is original the temperature of a flame at distances up to a hundred meters.