Calcul pour différentes épaisseurs de jeu pastille-gaine

Afin d’observer maintenant le comportement de CATHARE2 PALANTIR pour les échanges en écoulement diphasique, on diminue l’épaisseur de jeu pastille-gaine à froid. On s’intéresse seulement aux résultats sur les grandeurs locales (flux et température). Le changement de 175 à 50 µm et 0 µm de l’épaisseur initiale de jeu augmente considérablement la température de gaine et de ce fait les échanges thermiques (cf. fig. VII.43). On passe pour ces deux derniers transitoires en ébullition nucléée dans le cœur. Dans tous les cas, on n’atteint pas le flux critique, comme le montre la fig. VII.44.

On constate sur cette figure une brusque augmentation du flux échangé en ébullition nucléée (φN B). Ce phénomène est entouré sur la fig. VII.44. Cela est dû à une diminution rapide du

coefficient d’échange convectif à la fin de l’excursion de puissance. En effet, Tpdiminue en raison

de l’augmentation des échanges thermiques en paroi (notamment en raison du passage en ébul- lition nucléée) et de la diminution des échanges pastille-gaine6_{. Après l’excursion, températures}

et flux diminuent lentement.

R

On observe que la température de gaine maximale et de ce fait le flux échangé maximal dans le cas 0 µm sont plus faibles que dans le cas 50 µm. Cela est en réalité lié à la puissance neutronique, bien plus petite dans le cas 0 µm que dans les autres. En effet, même si la tempéra- ture de combustible est plus basse dans ce cas, et de ce fait la contre-réaction Doppler, les autres contre-réactions compensent largement cette différence. Dans ce cas précis, les contre-réactions de dilatation de gaine et modérateur sont en proportion bien plus importantes que dans les autres cas. Cela diminue considérablement la puissance du réacteur et donc le flux échangé en paroi est plus faible dans ce cas que dans le cas 50 µm.

VII.5

Conclusion

L’objet de ce chapitre était de présenter les différents résultats obtenus avec la modélisation des transitoires CABRI-RIA présentée dans les chapitres précédents.

La modélisation du circuit des barres transitoires donne des résultats en parfait accord avec l’expérience, et son couplage dynamique avec le circuit du cœur par le calcul de la réactivité, de l’effet TOP et des échanges thermiques fonctionne très bien pour la simulation des transitoires de type SD1. Les résultats thermohydrauliques obtenus avec les corrélations “standard” de CATHARE2 ont révélé des passages très brefs en ébullition nucléée aux points les plus chauds du cœur.

La modélisation des transitoires de type SD2, et par conséquence des DD dans une plus large mesure, a été considérablement améliorée par les travaux de recherche menés dans le cadre de 6. On retrouve ici indirectement le phénomène d’overshoot constaté au cours des transitoires rapides et décrit dans le chapitre précédent.

0.0 5.0 105 1.0 106 1.5 106 2.0 106 2.5 106 3.0 106 3.5 106 4.0 106 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Chute du coefficient d’échange

φ

(W/m

2 )

Temps (s)

Flux échangés en ébullition nucléée dans une maille chaude Total - Transitoire Convection - Transitoire Ebullition nucléée - Transitoire Total - Standard Convection - Standard Ebullition nucléée - Standard

Figure VII.40 – Flux échangés au point chaud selon les différentes corrélations disponibles

20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Passage en ébullition nucléée (permanent) Fin de l’excursion

T

(°

C)

Temps (s)

Température de gaine dans une maille chaude

Standard Permanent - Sieder-Tate Transitoire Température de saturation

4.0 106 6.0 106 8.0 106 1.0 107 1.2 107 1.4 107 1.6 107 1.8 107 2.0 107 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Début de l’excursion φcr it (W/m 2 ) Temps (s) Flux critique Entrée du coeur Maille chaude

Figure VII.42 – Flux critique en deux points du cœur de CABRI

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 T (K) Temps (s)

Température de gaine calculée par PALANTIR pour plusieurs épaisseurs de jeu 175 µm

50 µm 0 µm

0.0 2.0 106 4.0 106 6.0 106 8.0 106 1.0 107 1.2 107 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 h(t; τ) &⇒ Tp%⇒ φN B%

Pas de passage en ébullition nucléée

φ

(W/m

2 )

Temps (s)

Flux échangés calculés par PALANTIR pour plusieurs épaisseurs de jeu Total - 175 µm Convection - 175 µm Ebullition nucléée - 175 µm Total - 50 µm Convection - 50 µm Ebullition nucléée - 50 µm Total - 0 µm Convection - 0 µm Ebullition nucléée - 0 µm

Figure VII.44 – Flux échangés au point chaud pour différentes valeurs de jeux

la quantification des échanges thermiques en écoulement laminaire (cf. chapitre V et annexe F). En effet, là où avant la simulation donnait une surestimation de la puissance de près de +300 % pour certains transitoires, la nouvelle corrélation permet de réduire cet écart à +30 % seulement.

L’ajout d’un modèle de conductance du jeu pastille-gaine plus raffiné que le modèle classique utilisé par CATHARE7 _{s’est révélé être d’une influence très faible sur les grandeurs globales}

comme locales. En effet, même dans des cas où l’interaction pastille-gaine était observable, celle- ci était beaucoup trop courte pour que l’on puisse assister à un réel effet sur la température de la gaine. En revanche, l’épaisseur du jeu à froid est très influente sur les contre-réactions (donc la hauteur du pic de puissance), sur les grandeurs locales dans le cœur (température de gaine, flux échangés) et même sur la température de sortie du cœur.

Enfin, la modification des corrélations et la proposition d’une nouvelle carte d’écoulement dans CATHARE2 PALANTIR, décrite sur le plan théorique au cours du chapitre VI, a un im- pact non négligeable sur les grandeurs locales : flux échangé, température de gaine, température de fluide etc. Cependant, lorsque l’ébullition nucléée est constatée pour des épaisseurs initiales de jeu suffisamment petites, les flux échangés en ébullition nucléée restent inférieurs aux flux échangés en convection forcée. La phase vapeur ainsi formée est de ce fait très éphémère et les taux de vide observés dans le cœur sont par conséquent très bas.

Chapitre

VIII

Analyses de sensibilit´e et propagation des

incertitudes

Sommaire

VIII.1 Traitement des incertitudes . . . 156 VIII.1.1 Identification des paramètres incertains . . . 156 VIII.1.2 Les paramètres d’intérêt des calculs . . . 156 VIII.1.3 La plateforme URANIE . . . 158 VIII.2 Études de sensibilité . . . 158 VIII.2.1 Méthode de Morris . . . 158 VIII.2.2 Transitoire T3-D4 . . . 159 VIII.2.3 Transitoire T4-D5 . . . 162 VIII.2.4 Bilan . . . 165 VIII.3 Études de propagation d’incertitudes . . . 165 VIII.3.1 Génération d’un plan d’expérience et propagation d’incertitudes . . . 165 VIII.3.2 Transitoire T3-D4 . . . 165 VIII.3.3 Transitoire T4-D5 . . . 170 VIII.3.4 Bilan . . . 176 VIII.4 Besoins expérimentaux pour la poursuite de la démarche de validation

des outils . . . 176 VIII.4.1 Sur le plan neutronique. . . 176 VIII.4.2 Sur le plan thermohydraulique . . . 177 VIII.5 Conclusion . . . 178 Au vu de la sensibilité des résultats à divers paramètres (coefficients d’échange paroi/gaz, jeu initial pastille-gaine etc.), la démarche de validation pourrait être appuyée sur une analyse BEPU (Best-Estimate Plus Uncertainties), afin de mieux “quantifier” la validation par des intervalles de confiance [84]. Au cours de cette thèse, quelques calculs préliminaires BEPU seront présentés pour expliciter la démarche de validation proposée mais, du fait de son envergure, cette démarche ne sera pas réalisée dans sa totalité.

L’objectif de ce chapitre est d’étudier, à titre illustratif, l’effet des incertitudes identifiées au cours des précédents chapitres sur les paramètres d’intérêt. La plateforme URANIE du CEA [57] permet de réaliser les propagations d’incertitudes et d’étudier la sensibilité aux différents paramètres incertains. Ces principaux paramètres sont identifiés et caractérisés par des fonctions de distribution. Deux transitoires sont étudiés dans ce chapitre : le transitoire T3-D4 (SD1 7 bar 28,88 mm) et le transitoire T4-D5 (SD2 14,50 bar 5,33 mm). Une dernière partie donne

des pistes d’améliorations expérimentales qui permettraient de poursuivre la validation de la modélisation des transitoires de type RIA sur le plan neutronique et thermohydraulique.

Dans ce chapitre, les options de calcul utilisées sont détaillées dans le tableau VIII.1. Elles font intervenir la carte d’écoulement modifiée avec les corrélations transitoires du chapitre VI ainsi que la corrélation de nombre de Nusselt laminaire dont l’élaboration est détaillée en §V.1.3.4 et en annexe F.

Tableau VIII.1 – Paramètres et options fixes des calculs Calcul de l’anti-réactivité Doppler Méthode différentielle et métamodèle Carte d’écoulement en paroi Corrélations transitoires (cf. chapitre VI) Échanges thermiques laminaires

dans les barres transitoires Corrélation détaillée en équation (V.23)

Conductance du jeu Calcul par défaut dans CATHARE (cf. eq. (V.28))

VIII.1

Traitement des incertitudes