Étude expérimentale des effets chimiques sur le colmatage des filtres dans l’industrie nucléaire

Experimental study of the chemical effects on the sump clogging filters un nuclear industry

• Auteur / Autrice : Coralie Le Maout-Alvarez
• Direction : Marie-Odile Nicolas-Simonnot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 19/01/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Roche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Biscans, Grégory Lefèvre, Dominique Thomas, Laurent Cantrel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Biscans, Grégory Lefèvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accidents nucléaires

Spéciation (chimie)

Propriétés physico-chimiques

Lit de débris (génie nucléaire)

Encrassement

Filtres

Installations nucléaires

Mots clés libres

APRP

Colmatage de filtre

Débris

Effets chimiques

Spéciation à l'équilibre

Boucle de recirculation

LOCA

Filter clogging

Debris

Chemicals effects

Speciation at equilibrium

Recirculation loop

Résumé

Lors d'un accident de type APRP (Accident de Perte du Réfrigérant Primaire) survenant dans réacteur nucléaire à eau pressurisé (REP), des débris sont générés et ils peuvent être partiellement transportés jusqu'aux filtres des systèmes de secours RIS-EAS des puisards situés dans le fond de l'enceinte de confinement du réacteur. Ces débris peuvent contribuer au colmatage « physique » des filtres. Un autre effet dit « effet chimique » correspond à l'apport de cations en solution de par la corrosion des débris (fibres d'isolant) et la possible corrosion de surfaces métalliques présentes dans le bâtiment réacteur. Ces cations métalliques peuvent former des précipités au sein du lit fibreux formés et accentuer le colmatage physique. En cas d'accident grave avec fusion du cœur, des charges additionnelles de débris sont à considérer comme la présence de particules formées de matériaux de structure, des barres de commande et de produits de fission et des particules de béton résultant d'un interaction corium-béton. Il a été clairement identifié dans la littérature que ces effets chimiques sont à prendre en compte pour s'assurer de la fonction recirculation sur une longue période. La question de recherche est d'être en mesure de comprendre la nature de ces effets chimiques, les paramètres les conditionnant et leurs ampleurs. Le sujet de thèse porte sur l'étude de ces effets chimiques, pour cela une approche paramétrique sera suivie en couplant plusieurs mesures chimiques et en corrélant ces mesures à une perte de charge. Les mesures chimiques en solution se feront principalement par ICP et la caractérisation des précipités potentiellement formés pourra se faire par des analyses type MEB-EDX, DRX et XPS. La boucle de filtration est à concevoir.

During a LOCA accident (Loss Of Coolant Accident) occurring to a nuclear Pressurized Water Reactor (PWR), debris are generated and can be partially transported to the RIS-EAS filter in the sumps located in the bottom of the nuclear reactor containment. These debris can contribute to the « physical » clogging of the filters. Another effect called « chemical effects » corresponds to the presence of cations in solution resulting from the debris' corrosion and the possible corrosion of the metal surface present in the reactor containment vessel. In the case of a severe accident with core fuel meltdown, additional loads debris are to be considered as presence of particles formed of structural materials, control rod material, fission products and concrete particles resulting from corium-concrete interaction. To ensure the long term liquid recirculation functionality, the chemical effect have to be understood: nature of these chemical effects, conditioning parameters and potential effect on the clogging. The thesis aims at studying the chemical effects after designing a dedicated experimental loop: a parametric approach , coupled with several chemical and pressure drop measurements. Chemical speciation in solution and precipitate characterizations will/can be respectively performed by ICP and MEB-EDX, DRX and XPS techniques.