Étude de la propagation de flamme dans une atmosphère gazeuse représentative de la phase tardive d'un accident grave dans un REP

Study of flame propagation in a gaseous atmosphere representative of the late phase of a severe accident in a PWR

• Auteur / Autrice : Laura Vastier
• Direction : Nabiha Chaumeix, Ahmed Bentaïb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique. Combustion, mécaniques des fluides
• Date : Soutenance le 05/07/2024
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Julien Sotton
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marc Bellenoue, Laurent Catoire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Hydrogène

Réacteurs nucléaires -- Coeurs

Accidents nucléaires

Physique nucléaire -- Recherche

Mesures de sécurité

Réacteurs à eau sous pression

Mots clés libres

Flamme accélérée

Limites d'inflammabilité

Accelerated Flames

Flammability limits

Résumé

La France possède aujourd'hui 58 réacteurs nucléaires qui permettent de fournir trois quarts de l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de la vie quotidienne de ses 67 millions d'habitants. Cependant, cette source d'énergie n'est pas exempte d'incidents ou d'accidents, dont la gravité est classée dans ce que l'on appelle l'échelle INES (International Nuclear Event Scale).Dans le contexte de l'étude des accidents graves des réacteurs refroidis à l'eau, le risque hydrogène est défini comme la possibilité d'une perte de l'intégrité du confinement du réacteur ou de ses systèmes de sûreté à la suite d'une combustion de l'hydrogène. L'hydrogène est issu principalement de l'oxydation du zirconium des gaines et des structures des éléments combustibles lors de la phase de dégradation du cœur et de l'oxydation des métaux présents dans le bain de corium (cœur fondu) ou dans le radier lors de l'interaction du corium et du béton (phase tardive de l'accident grave). Cette interaction génère aussi un autre gaz combustible : le monoxyde du carbone. L'hydrogène et le monoxyde de carbone ainsi produits sont transférés puis transportés dans l'enceinte par les boucles de convection induites essentiellement par la condensation de la vapeur émise via la brèche primaire ou lors de l'interaction corium/béton. Suivant le brassage de l'atmosphère de l'enceinte, la répartition d'hydrogène et du monoxyde de carbone dans l'enceinte de confinement se fait de manière plus ou moins homogène. En cas de forte hétérogénéité, ces gaz combustibles peuvent atteindre des concentrations locales importantes qui dépassent le seuil d'inflammabilité du mélange gazeux. Ce travail s'intéresse à la caractérisation expérimentale des conditions d'inflammation des mélanges gazeux représentatifs de l'atmosphère de l'enceinte de confinement lors de la phase tardive d'un accident grave. À cet égard, les effets du manque d'oxygène, de la pression et de la température sont instruits. Pour ce faire, deux dispositifs expérimentaux ont été utilisés : une bombe sphérique permettant de déterminer l'influence de plusieurs paramètres initiaux sur les limites d'inflammabilité des mélanges H2/CO/Air, et une enceinte d'accélération de flamme dans le but de voir le comportement de ces flammes en présence d'obstacles dans un tube fermé représentant l'intérieur d'un REP (Réacteur à Eau Pressurisée).

France currently has 58 nuclear reactors, which provide approximately three quarters of the energy needed to run the daily lives of its 67 million inhabitants. Nevertheless, this source of energy is not immune to incidents and accidents, the severity of which is classified on the International Nuclear Event Scale (INES). In the context of the study of severe accidents in water-cooled reactors, the term ''hydrogen risk'' is defined as the possibility of a loss of containment integrity in the reactor or its safety systems as a result of hydrogen combustion. Hydrogen is produced primarily by the oxidation of zirconium in fuel element cladding and structures during the core degradation phase, and by the oxidation of metals in the corium bath (molten core) or in the raft during the interaction of corium and concrete (late phase of a severe accident). This interaction also generates another combustible gas : carbon monoxide. The hydrogen and carbon monoxide produced in this manner are conveyed and subsequently transported into the containment via convection loops, which are primarily caused by the condensation of steam emitted via the primary breach or during the corium/concrete interaction. The distribution of hydrogen and carbon monoxide within the containment is either more or less homogeneous, depending on the mixing of the containment atmosphere. In the event of strong heterogeneity, the combustible gases can reach significant local concentrations that exceed the flammability threshold of the gas mixture.This study is concerned with the experimental characterisation of the ignition conditions of gas mixtures representative of the atmosphere in the containment during the late phase of a severe accident. The impact of oxygen deficiency, pressure and temperature are examined. In order to achieve this objective, two experimental devices were employed : a spherical bomb was utilized to ascertain the impact of a number of initial parameters on the flammability limits of H2/CO/Air mixtures, while a flame acceleration tube was employed to observe the behavior of these flames in the presence of obstacles within a closed tube, which represented the interior of a PWR (Pressurized Water Reactor).