Nouveaux développements d'une méthodologie d'analyse d'échelle pour des transitoires complexes de thermohydraulique de réacteurs nucléaires avec calcul de la distorsion associée à la transposition d'échelle

New developments of a scaling analysis methodology for nuclear reactors complex thermal-hydraulic transients with calculation of the distortion associated with the full-scale transposition

• Auteur / Autrice : Antoine Ciechocki
• Direction : Lionel Rossi, Sofia Carnevali, Dominique Bestion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 31/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de thermo-hydraulique et de mécanique des fluides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Uwe Hampel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco D'Auria, Alexandre Labergue, Jean-Luc Vacher, Rafael Macián-Juan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesco D'Auria, Alexandre Labergue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Génie nucléaire

Thermohydraulique

Réacteurs nucléaires

Échelle (ordre de grandeur)

Mots clés libres

Analyses d'échelle

Transposition d'échelle

Thermohydraulique

Réacteurs nucléaires

Transitoires nucléaires

Cathare

Scaling analyses

Scale transposition

Thermal-Hydraulic

Nuclear reactors

Nuclear transients

Cathare

Résumé

Le coût et la complexité de la mise en œuvre et de la construction d'installations expérimentales à échelle réelle nous obligent à faire reposer les études sur des expériences à échelle réduite. Par conséquent les phénomènes, plus ou moins complexes, qui ont lieu à échelle réelle sont simulés par des codes de calculs validés par des expériences à échelle réduite. De ce fait, la question de la transposition de résultats d'une expérience à échelle réduite est un point crucial pour la validation des codes. Ceci est d'autant plus vrai que la physique en jeu est complexe. Il est donc indispensable de mettre au point une méthodologie d'analyse d'échelle : c'est l'objectif de la présente thèse. Un cas d'application typique de phénomènes complexes dépendant de l'échelle considérée est celui des situations accidentelles dans les réacteurs nucléaires.La thèse vise à développer une méthodologie permettant l'identification et la quantification de distorsions entre des expériences à échelle réduite et des réacteurs à échelle réelle. Pour cela, la méthode de « Fractional Scaling Analysis (FSA) » est revisitée au travers de son application à des « Accidents de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) ». Les études présentées dans ce mémoire démontrent comment des analyses de scaling utilisant les concepts d'approches top-down et bottom-up, couplées au code de calcul CATHARE, peuvent contribuer dans la compréhension de la phénoménologie des transitoires nucléaires.

The cost and complexity of implementing and constructing full-scale experimental facilities requires us to base the studies on small-scale experiments. Consequently, the more or less complex phenomena which take place on a real scale are simulated by computer codes validated by experiments on a reduced scale. Therefore, the question of transposing results of a small-scale experiment is a crucial point for the validation of codes. This is all the more true since the physics involved is complex. It is therefore essential to develop a scaling analysis methodology: this is the objective of this thesis. A typical application of complex phenomena depending on the scale under consideration is that of accidental situations in nuclear reactors.The thesis aims to develop a methodology for identifying and quantifying distortions between reduced-scale facilities and full-scale reactors. For this purpose, the "Fractional Scaling Analysis (FSA)" method is revisited through its application to "Loss of Coolant Accidents (LOCA)". The studies presented in this thesis demonstrate how scaling analyses based on the top-down and bottom-up approaches, with the support of the CATHARE calculation code, can contribute in the understanding of nuclear transient phenomenology.