Modélisation de l'interaction entre le cœur fondu d'un réacteur à eau pressurisée et le radier en béton du bâtiment réacteur, Modelling of the Molten Core Concrete Interaction (MCCI)
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Thèse soutenue le 12 décembre 2008: INPL
Les accidents graves de centrales nucléaires ont une probabilité d’occurrence très faible, mais compte tenu des risques encourus, il est nécessaire de savoir prédire l’évolution de l’accident. Dans le scénario le plus critique, le dégagement de chaleur induit par la désintégration des produits de fission entraînerait la fusion du cœur et la formation d’un magma (« corium ») qui tomberait sur le radier en béton du bâtiment réacteur, provoquant sa fusion. L’objectif des études est d’évaluer la vitesse de fusion du béton. Dans ce contexte, le travail effectué dans cette thèse se situe dans la continuité du modèle de ségrégation de phases développé par Seiler et Froment, et s’appuie sur les résultats expérimentaux des essais ARTEMIS. D’une part, nous avons développé un nouveau modèle de transferts à travers le milieu interfacial. Ce modèle fait intervenir trois mécanismes de transfert : la conduction, la convection et un dégagement de chaleur latente. D’autre part, nous avons revu la modélisation couplée du bain et du milieu interfacial, ce qui a conduit au développement de deux nouveaux modèles : « le modèle liquidus », pour lequel on suppose qu’il n’y a pas de résistance au transfert de soluté, et le « modèle à épaisseur de milieu interfacial constante », pour lequel on suppose qu’il n’y a pas de dissolution du milieu interfacial. Le modèle à épaisseur de milieu interfacial constante permet de prédire correctement les valeurs expérimentales de la vitesse de fusion du béton et de la température du bain, dans les essais 3 et 4 tandis que le modèle liquidus, appliqué aux essais 2 et 6, prédit correctement l’évolution de la vitesse de fusion et de la température du bain
-Sûreté nucléaire
-Modélisation
-Interaction corium- béton
Severe accidents of nuclear power plants are very unlikely to occur, yet it is necessary to be able to predict the evolution of the accident. In some situations, heat generation due to the disintegration of fission products could lead to the melting of the core. If the molten core falls on the floor of the building, it would provoke the melting of the concrete floor. The objective of the studies is to calculate the melting rate of the concrete floor. The work presented in this report is in the continuity of the segregation phase model of Seiler and Froment. It is based on the results of the ARTEMIS experiments. Firstly, we have developed a new model to simulate the transfers within the interfacial area. The new model explains how heat is transmitted to concrete: by conduction, convection and latent heat generation. Secondly, we have modified the coupled modelling of the pool and the interfacial area. We have developed two new models: the first one is the “liquidus model”, whose main hypothesis is that there is no resistance to solute transfer between the pool and the interfacial area. The second one is “the thermal resistance model”, whose main hypothesis is that there is no solute transfer and no dissolution of the interfacial area. The second model is able to predict the evolution of the pool temperature and the melting rate in the tests 3 and 4, with the condition that the obstruction time of the interfacial area is about 105 s. The model is not able to explain precisely the origin of this value. The liquidus model is able to predict correctly the evolution of the pool temperature and the melting rate in the tests 2 and 6
-Nuclear safety
-Modelling
-Molten core concrete interaction
Source: http://www.theses.fr/2008INPL107N/document
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
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Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr
LIENS
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
Institut National Polytechnique de Lorraine Ecole doctorale EMMA
THESE
Pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité : Mécanique et Energie
Préparée au laboratoire de physico-chimie et de thermohydraulique multiphasique du
Commissariat à l’Energie Atomique de Grenoble
Présentée et soutenue publiquement le 12 décembre 2008
par
Mathieu Guillaumé
Ingénieur de l’Ecole Centrale Paris
Modélisation de l’interaction entre le cœur fondu
d’un réacteur à eau pressurisée et le radier en béton
du bâtiment réacteur
Jury :
M. H. Combeau Directeur de thèse
M. J.M. Seiler Co-directeur de thèse
M. K. Atkhen Examinateur
M. F. Fichot Examinateur
M. D. Gobin Examinateur
M. L. Tadrist Examinateur
2 Remerciements
Ainsi s’achèvent ces trois années de thèse. Je tiens à remercier ici les personnes sans
lesquelles le travail ne serait pas ce qu’il est aujourd’hui.
Je commence par les deux personnes qui m’ont encadré, Jean-Marie Seiler et Hervé
Combeau. Je vous remercie pour votre grande compétence scientifique, votre disponibilité,
votre motivation sans faille et votre exigence. Je pense avoir appris beaucoup à vos côtés.
Je remercie Erik de Malmazet de sa présence à mes côtés pendant ces trois années. Je garderai
un souvenir très fort des conversations passionnantes que nous avons pu avoir.
Je remercie Karine Froment, la chef du laboratoire LPTM, ainsi que les membres du groupe
« accidents graves » de m’avoir accueilli dans leur équipe.
Pendant ces trois années, j’ai croisé la route de très nombreux stagiaires, thésards, post-doc.
Une pensée amicale à Manon, Jean-Charles, Martin, Cédric, Santiago, … et à tous les autres !
Je remercie les membres du jury, Messieurs Fichot, Gobin, Tadrist et Atkhen, d’avoir
consacré de leur temps à l’évaluation de ce travail.
Enfin, ma dernière pensée va à Sophie que je remercie pour son soutien et pour tout le reste.
3 4 Table des matières
INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................................... 15
CHAPITRE 1 BILAN DES EXPERIENCES ET MODELISATIONS DE L’INTERACTION
CORIUM – BETON............................................................................................................................................ 17
1.1. DESCRIPTION DES MATERIAUX............................................................................................................ 17
1.1.1. Cœur fondu.................................................................................................................................... 17
1.1.2. Béton ............................................................................................................................................. 17
1.1.3. Corium .......................................................................................................................................... 19
1.2. PROBLEMATIQUE DE L’INTERACTION CORIUM – BETON ...................................................................... 20
1.2.1. Puissance résiduelle...................................................................................................................... 20
1.2.2. Objectifs des études sur l’interaction corium - béton.................................................................... 21
1.2.3. Objectif de l’étude menée dans cette thèse.................................................................................... 21
1.2.4. Les limitations de cette étude ........................................................................................................ 23
1.3. LES ESSAIS D’INTERACTION CORIUM – BETON ; APPORTS ET LIMITES.................................................. 24
1.3.1. Les essais d’interaction corium - béton......................................................................................... 24
1.3.1.1. Les essais ACE.................................................................................................................................... 25
1.3.1.2. Les essais MACE ................................................................................................................................ 26
1.3.2. Les apports.................................................................................................................................... 28
1.3.2.1. Température du corium ....................................................................................................................... 28
1.3.2.2. Macroségrégation ................................................................................................................................ 29
1.3.2.3. Instabilité du front de fusion................................................................................................................ 30
1.3.3. Les limites...................................................................................................................................... 31
1.4. MODELISATION................................................................................................................................... 32
1.4.1. Phénoménologie de l’interaction entre le corium et le radier en béton........................................ 32
1.4.2. Liste des modèles........................................................................................................................... 33
1.4.3. Les modèles thermohydrauliques .................................................................................................. 34
1.4.3.1. Modèle de CORCON .......................................................................................................................... 34
1.4.3.2. Modèle de WECHSL........................................................................................................................... 36
Les modèles physico-chimiques................................................................................................................... 39
1.4.3.3. Le modèle de ségrégation de phases.................................................................................................... 39
1.4.3.4. Modèle de CORQUENCH .................................................................................................................. 43
1.4.3.5. Modèle de COSACO........................................................................................................................... 44
1.4.4. Le modèle paramétrique................................................................................................................ 46
1.5. INTERPRETATION DES RESULTATS DES ESSAIS ACE ET MACE........................................................... 47
1.5.1. Température du corium................................................................................................................. 47
1.5.2. Position du front de fusion du béton.............................................................................................. 48
1.5.3. Macroségrégation ......................................................................................................................... 48
1.5.4. Instabilité du front de fusion ......................................................................................................... 48
1.5.5. Conclusion..................................................................................................................................... 49
1.6. CONCLUSION ...................................................................................................................................... 50
CHAPITRE 2 DESCRIPTION DES ESSAIS ARTEMIS ET ANALYSE DES RESULTATS ........... 51
2.1. DESCRIPTION DES ESSAIS ARTEMIS.................................................................................................. 51
