Thèse Développements de Méthodes de Remontée et de Transposition d'Échelle pour Caractériser des Phénomènes Diphasiques Tridimensionnels H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : ASNR Autorité de Sûreté Nucléaire et de Radioprotection Direction de la thèse : Pierre RUYER ORCID 0000000162219460 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Les écoulements diphasiques qui se développent dans la descente annulaire pendant les conditions d'accident de perte de refroidissement primaire (APRP) sont complexes. Ces écoulements influencent partiellement l'efficacité des systèmes de sûreté qui doivent refroidir le coeur du réacteur nucléaire. Un fort couplage existe entre les phénomènes thermiques et hydrodynamiques pendant les différents régimes d'écoulement. La topologie principale diphasique rencontrée dans la descente annulaire comprend un écoulement de type jet et un niveau gonflé. Ce niveau sépare une partie basse comportant un liquide continu et un gaz dispersé, et une partie haute avec un gaz continu et un liquide dispersé. Les outils de calcul scientifique actuellement utilisées dans les études de sûreté (codes système) ne peuvent prédire qu'un comportement global de la descente annulaire, se limitant à des modélisations grossières et bidimensionnelles dont le niveau de validation n'est pas quantifiable.
En conséquence, l'importance relative des différents phénomènes se déduit de jugement d'experts et d'études de sensibilité utilisant ces codes sur des maillages grossiers. Cela limite la confiance accordée à leurs prédictions.
Des méthodes de remontée d'échelle ont été développées afin d'identifier de manière plus rigoureuse les phénomènes prédominants à partir de l'analyse de données à l'échelle fine (pouvant être générées par des outils de calcul décrivant plus finement la phénoménologie de ces écoulements tels que la CFD). Ces méthodes ont été appliquées à des tests de référence académiques1-3, à des tests industriels unidimensionnels4 et, plus récemment, à des configurations tridimensionnelles simples5. Aucun de ces travaux n'aborde la complexité d'une descente annulaire en conditions d'APRP (multi-phénomènes et 3D complexe). En plus de l'identification des phénomènes dominants, ces méthodes permettent de développer des modèles de code système à partir de simulations CFD. L'utilisation de ces méthodes aurait un potentiel fort pour clarifier la hiérarchisation des phénomènes et analyser la capacité des approches système à les simuler.
Des techniques de transposition d'échelle (scaling) ont également été introduites pour évaluer l'importance relative de différents phénomènes observés à l'échelle réduite (notamment sur des maquettes expérimentales) pour ensuite fournir des données de référence à des fins de validation de code par rapport aux applications de réacteur6. Cependant, l'application de ces techniques à des cas industriels tridimensionnels reste limitée. Récemment, dans le cadre du projet quadripartite NEPTUNE, l'ASNR et ses partenaires (CEA, EDF et Framatome) ont mené des analyses pour concevoir une boucle expérimentale afin d'investiguer les conditions d'écoulement dans la descente annulaire. D'ici la fin de 2026, une esquisse d'un dispositif expérimental de ce type sera finalisée.
Description et objectif du sujet de thèse
1. Étendre les études de remontée et de transposition d'échelle afin d'identifier les phénomènes prédominants dans une section d'essai représentant une descente annulaire. Le dispositif mentionné ci-dessus servira d'objet d'application pour toutes les méthodes développées dans la thèse.
2. Deux voies de recherche principales pourront être poursuivies :
- Analyses et développement de modèles par remontée d'échelle - Utiliser les résultats de remontée d'échelle pour réaliser une analyse critique différentielle entre les résultats issus de la CFD et les résultats de codes de système. Un modèle à l'échelle du système peut également être construit à partir des résultats CFD.
- Analyse des distorsions liées à la transposition d'échelle - Étendre l'applicabilité des méthodes de scaling à l'analyse d'écoulements diphasique 3D complexes, puis quantifier les distorsions entre une expérience à l'échelle réduite (la section d'essai) et le cas de réacteur. Les approches actuellement retenues pour décrire la situation particulière d'un accident de perte de réfrigérant primaire ont des limitations reconnues. Pour les dépasser, il est nécessaire de développer des méthodes plus avancées. L'objectif principal est le développement et l'application de méthodes d'analyse d'écoulements diphasiques tri-dimensionnels pour approfondir la compréhension de situations d'intérêt pour la sûreté nucléaire.