HAL Id: tel-01749342
https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01749342
Submitted on 29 Mar 2018
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Évaluation du transfert radiatif dans le coeur d’un Réacteur à Eau Pressurisée (REP) lors de la phase de
renoyage d’un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP)
Jonathan Gérardin
To cite this version:
Jonathan Gérardin. Évaluation du transfert radiatif dans le coeur d’un Réacteur à Eau Pressurisée (REP) lors de la phase de renoyage d’un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP). Autre.
Université de Lorraine, 2012. Français. �NNT : 2012LORR0145�. �tel-01749342�
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. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document.
D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale.
Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.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
Laboratoire d’´Energ´etique et de M´ecanique Th´eorique et Appliqu´ee Ecole doctorale EMMA´ Facult´e des Sciences et Technologies
Evaluation du transfert radiatif dans le cœur ´ d’un R´ eacteur ` a Eau Pressuris´ ee (REP) lors de
la phase de renoyage d’un Accident de Perte de R´ efrig´ erant Primaire (APRP)
TH` ESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 28 septembre 2012 pour l’obtention du
Doctorat de l’Universit´ e de Lorraine
(sp´ ecialit´ e M´ ecanique-´ Energ´ etique)
par
Jonathan GERARDIN
Composition du jury
Pr´ esident : G´erard JEANDEL Professeur, Universit´e de Lorraine, LEMTA, Nancy Rapporteurs : Denis LEMONNIER Directeur de recherche, Institut P’, Poitiers
Rodolphe VAILLON Directeur de recherche, CETHIL, Lyon Examinateurs : Pierre RUYER Ing´enieur de recherche, IRSN, Cadarache
Nathalie SEILER Ing´enieur de recherche, CEA, Cadarache Alexandre DOUCE Ing´enieur de recherche, EDF, Chatou
Patrick JACQUES Ing´enieur de recherche, EDF-SEPTEN, Lyon
Direteur de thèse :
Pascal BOULET Professeur, Universit´e de Lorraine, LEMTA, Nancy
Laboratoire d’´Energ´etique et de M´ecanique Th´eorique et Appliqu´ee Ecole doctorale EMMA´ Facult´e des Sciences et Technologies
Evaluation du transfert radiatif dans le cœur ´ d’un R´ eacteur ` a Eau Pressuris´ ee (REP) lors de
la phase de renoyage d’un Accident de Perte de R´ efrig´ erant Primaire (APRP)
TH` ESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 28 septembre 2012 pour l’obtention du
Doctorat de l’Universit´ e de Lorraine
(sp´ ecialit´ e M´ ecanique-´ Energ´ etique)
par
Jonathan GERARDIN
Composition du jury
Pr´ esident : G´erard JEANDEL Professeur, Universit´e de Lorraine, LEMTA, Nancy Rapporteurs : Denis LEMONNIER Directeur de recherche, Institut P’, Poitiers
Rodolphe VAILLON Directeur de recherche, CETHIL, Lyon Examinateurs : Pierre RUYER Ing´enieur de recherche, IRSN, Cadarache
Nathalie SEILER Ing´enieur de recherche, CEA, Cadarache Alexandre DOUCE Ing´enieur de recherche, EDF, Chatou
Patrick JACQUES Ing´enieur de recherche, EDF-SEPTEN, Lyon
Direteurde thèse :
Pascal BOULET Professeur, Universit´e de Lorraine, LEMTA, Nancy
Il estmaintenant venule temps desremeriements.
Je vaisd'abord remerierDenisLEMONNIERetRodolpheVAILLON d'avoiraeptéd'être
mesrapporteurs, pris letemps d'analyser mes travauxet de m'avoir apportéd'exellentesamé-
liorationsà monrapportde thèse.
Je remerie Gérard JEANDEL d'avoir été mon président de jury. Je le remerie également
dem'avoir onédenombreuses heuresd'enseignements àl'ESSTIN.
Je vais également remerier Alexandre DOUCE et Patrik JACQUES d'avoir partiipé à
monjury.Alexandre m'a également donné de nombreux onseils pour maîtriser Code_Saturne
tandis que Patrik a suivi ave attention mes travaux tout au long de ma thèse, en apportant
sesonnaissanespointues surleontextede mathèse.
Mon envie de faire une thèse est apparuelorsque j'étais en stagede Master M2 ave Mihel
GRADECK.Ce stage de reherhe très intéressant m'a permis de vraiment déouvrir lemonde
de la reherhe et de voir que ela orrespondait bien à mes envies. Je te remerie don pour
ela,ainsiquepourlabonnehumeur quetuasahé durant estage.Jeregretteependantque
lavodka de Craovie tedonnait vitemal àla tête.Lors dee stage, j'avaisomme ollègues de
bureaudeuxtrublions :FrankLELONGetSylvainCHUPIN,dotorantstous les2 àl'époque.
Ils n'avaient pas l'air d'être traumatisé par la thèse et la bonne ambiane qui régnait dans le
bureauétaitinitateur àontinuerdanslareherhe.Jevousremerie dontousles2dem'avoir
poussé à faire une thèse. Frank a même été plus loin que ça puisqu'il m'a aidé à obtenir ette
thèseà l'IRSN.
Lesenadrantsdethèsejouentuntrèsgrandrledanslebondéroulement delathèse.Ayant
eu l'éminent Professeur Pasal BOULET (non, je n'en ai pas rajouté!) omme enseignant lors
de mon master et vu sa pédagogie et sa bonne humeur lors de es enseignements, faire une
thèsesous sadiretion me semblait agréable. Frankm'avaitégalement faitdes louanges de ses
enadrantsdethèse IRSN,Nathalie SEILERetPierreRUYER.Cettethèsesemblait donavoir
un enadrement idéal pour travailler dans de bonnes onditions. Et e fut le as. Pasal est
eetivement un direteur de thèseremarquable, trèsdisponible, pédagogue, toujours de bonne
humeur... Je te remerie don une fois enore de m'avoir fait l'honneur d'être mon direteur
de thèse (non, non, je n'en rajoute pas enore une fois!). Du té de l'IRSN, Frank avait dit
vrai. J'ai eu beauoup de plaisir à travailler ave Nathalie, qui s'est beauoup investie même
aprèsqu'elle ait quittél'IRSN puisqu'elle a tenu à suivre mes travauxde thèses jusqu'aubout.
Pierre a pris le relais ave brio une fois que Nathalie est partie en onservant la même bonne
humeurqueNathalie. Je vousremerie touslesdeuxpourtoute l'aidequevousm'avez apporté,
votre sympathieet même votre tendane à réussir à rire de mes jeux de mots pourris (bon pas
toujours, des fois,'était vraiment trop diile...). Je vous remerie également tous les 3 pour
les nombreuses orretions que vous m'avez apporté dans mon manusrit (je n'ai pas toujours
disça lorsqu'ilyavaitdesentainesdepagesavedesorretionsdiérentesdessus,maisjedois
onstater qu'elles étaient souvent pertinentes). Je vous remerie également de ne jamais m'en
avoir voulu à haque fois que j'ai fais une de mes nombreuses étourderies. Mais 'était pour
pouvoir garder des souvenirs sympa! Je le redis enore une fois, j'avais hoisi ette thèse plus
pour les enadrants que pour le sujet et je ne regrette absolument pas mon hoix. Don meri
enore.
radiatif. Je remerie ainsi David LACROIX, le meilleur belge que je onnaisse (bon, je n'en
onnais pasd'autresà vraidire,maist'esunbelgetrèssympa),GillesPARENT,qui m'adonné
un grand oup de main sur le dispositif expérimental, ainsi Fatmir ASLLANAJ et Sébastien
FUMERON. Je remerie aussi Bernard MONOD qui a également ontribué à la réussite de
mondispositif expérimental etquim'adéletéde nombreusesbonnesblagues.Je remerie aussi
AnthonyCOLLIN,mon"presqueo-direteur dethèse",pourses onseilsavisés.Auniveau des
dotorants, j'ai puonnaître l'époque"dorée" del'équipe ave pasmoinsde7 dotorants, ette
troupe étant menée parle "hef" post-dode l'époqueZoubir ACEM(quiest désormaisMaître
de Conférenes!). Meri àtoi Zoubir pour toutles bonsmomentsque tu nous asfais passé,les
nombreuses parties de foot (lorsque tu était en état de jouer)... Meri à Sullivan LECHENE
de m'avoir oné ta plae dans la salle des dotorants et de m'avoir aidé à traquer un tas
d'ordinateur. Tu as étéle premier à partirde la troupe et e n'était pasfaile de teremplaer.
Mais au moins, je savais que tu ne viendrais plus disrètement dans mon dos pour vérier si
je travaille bien! Meri à Issiaka TRAORE et à Lionel TROVALET pour les soirées passées
ensemble autour d'un bon repas et d'un jeu vidéo, histoire de nous sortir un peu de la thèse.
MeriàJulienTISSOTetJérmeMULLERqui,même sijelesaimoinsotoyés,m'onttoujours
fait part de leur sympathie et de leur bonne humeur. Meri enn à Simon DAP qui a été mon
premiero-bureauetbienqu'ilaitquittélebureauonjugaldansmondoslorsquej'étaispartien
ongrès,jeneregrettepasd'avoirpartagémonbureauavetoi.Ungrandmeriàvoustous.Meri
également aux jeunes dotorants qui doivent assumer larelève, à savoir Benjamin LE CORRE
et Valentin JEAN, pour les rares mais agréables fois où l'on s'est vu. Je me dois également de
remerier Alexandre JENFT, mon nouveau o-bureau, pour toutes les fois où il se moque de
mes étourderies, mais pour toutes les fois aussi où il m'amène mon hoolat haud à l'heure
du goûter! Je remerie globalement tous les membres du LEMTA ave qui j'ai pu éhanger et
partager desmoments pendant mathèse.
Du té de l'IRSN, je me dois également de remerier tous les membres du LIMAR et du
LESAM. Je remerie ainsiNiolas TREGOURES, hef dulabo LIMAR,pour m'avoir onseillé
de nombreuses fois et d'avoir également partiipé à la releture de ma thèse. Je te remerie
également d'avoirfaitledéplaementpourassisteràmasoutenane.Jedoiségalementremerier
RomainAUGEYquiaaussitenuàreliremathèseetàm'yapporterd'exellentesorretions.Je
remerie aussimes o-bureau dotorants, d'abord DaoudBAALBAKI, pour ses nombreux airs
mélodieux qu'ilapufredonner pourégayerlebureauetLétiiaBUSLIGpour sabonne humeur
quotidienne. Je remerie lereste du LIMAR (Claude, Jean, JeanMar, Isabelle, Gaëtan,Tony,
Olivier,Sophie, Fredérique,Eri, je neroispasenavoiroublié)pourles bonsmomentsquej'ai
pupartagéavevous.Je remerieégalement touslesmembresduLESAMpourleursympathie.
Jemedoisderemeriermesamisquim'ont permisdemesortirunpeudelathèse.Ungrand
meridon àAntoineetJulie,Aurélien etAudrey,Olivier etCéline,Niolas etCéline,Virgile...
de m'avoir permis de passer d'exellentes soirées ave vous en ayant notamment exterminé de
nombreuxZergouRakk(oiseau!)ave moi,d'avoirbousillédesmanettes pour essayerdebattre
lereorddumondede lanerde marteau(lefameuxhammer-throw)etbienentendu, lessoirées
ave notrepoteMarioqui sedélineen de nombreuxjeux... tout elabienentenduautour d'un
repas trèsdiététique etde boissonsnon aloolisées.
Enn, je me dois de remerier mafamille sans qui je ne serais rien.Un grand meri don à
mesparentsSylvainetChantald'avoirfaitequeje suisdevenuetdem'avoir toujourssoutenu.
Vousêtes desparentsformidables.
soin de moi, notamment ave des bons repas (oiellement desbroolis vapeurpour ma ligne,
oieusement desrepas ave beauoupde fromagespar exemple). Meri également àmes deux
beauxfrèresPierriketLuien pour s'être notamment intéressé aubasketetd'avoir formé ave
moiletriomagique desHeatsurNBA2K. Je dédiemathèseàmes deuxlleulsAlieetMattéo
etjeleur envoie de trèsgros bisous.
Ungrandmeriàmesgrands-parents,onles-tantes,ousins-ousines,pourtoutequ'ilm'ont
apportédurant mavie.Je nepeuxavoirqu'une penséeémuepoureuxquinousont quittétrop
tt, le dernier en date étant mon grand père Maurie, qui savait tout, mais qui ne savait peut
êtrepastropdehosesentransfertradiatifetpourunefois,'estmoiquiaurais puluiapprendre
deshoses.
En remeriment annexe, je vais également remerier mon hat Razay de m'avoir maintenu
dansun léger état de fatigue en me réveillant toutes les nuits, pour m'aider à ne pas nir ma
thèse trop rapidement. Je vais aussi remerier les heerleaders des Miami Dolphins de m'avoir
donné lapèhe denombreusesfois,notamment lematin de masoutenanede thèse.
Un grandmerià voustouspour toute quevousm'avez apporté.
Buzz l'élair(Toy story)
Odi panem quidmeliora
Ça veutriendire,maisjetrouve que çaboulebien
Leroi Loth(KaamelottLivre Vtome1)
Liste des gures xi
Liste des tableaux xv
Liste des symboles xvii
Introdution 1
Chapitre 1
Contexte 3
1.1 Les réateursà eau souspression :REP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Ciruit primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Ciruit seondaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 Ciruit tertiaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 L'Aident de Perte de Réfrigérant Primaire :APRP . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Grandeurs aratéristiques duproblème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Caratéristiques du milieu diphasique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Caratéristiques des rayons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 Géométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Étude duproblème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Chapitre 2 Introdution au transfert radiatif 11 2.1 Dénition de laluminane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Angle solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Loi dePlank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Loi dedéplaement de Wien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5 Propriétés radiatives d'unesurfae opaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6 Propriétés radiatives d'unmilieu departiules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.1 Atténuation durayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6.2 Renforement par émissionde rayonnement etpar diusion . . . . . . . . 16
2.7 Équationdu transfertradiatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.8 Luminaneintégrée, uxradiatifetdivergene de ux . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.9 Conlusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Chapitre 3 Propriétés radiatives d'un milieu vapeur-gouttelettes 21 3.1 Spetre utile dansles onditions APRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Propriétés radiativesdesgouttelettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.2 Appliation à unmilieu de gouttelettesd'eau . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.3 Théorie deMie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.4 Détermination de lafontion dephase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.5 Exemplesde propriétés radiativesde goutteletteset fontion de phase . . 32
3.2.6 Conlusionsurles propriétés radiativesdesgouttelettes . . . . . . . . . . 37
3.3 Propriétés radiativesde lavapeurd'eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.1 Modèle C-k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.2 Exemplesde propriétés radiativespour lavapeurd'eau. . . . . . . . . . . 40
3.3.3 Conlusionsurles propriétés radiativesde lavapeur . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Propriétés radiativesdu milieu vapeur+gouttelettes . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.1 Coeient d'absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.2 Coeient d'extintion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.3 Albedo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.4 Température radiativedu milieu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.5 Divergene deux radiatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5 Résolution spetralepour le aluldespropriétés radiatives . . . . . . . . . . . . 46
3.5.1 Moyenne dePlank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.2 Comparaison desrésultatsobtenus ave diérentes résolutionsspetrales . 47 3.6 Base dedonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7 Conlusionsurles propriétés radiatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Chapitre 4 Résolution du transfert radiatif 53 4.1 Présentation généraledesméthodesde résolution existantes . . . . . . . . . . . . 53
4.1.1 Méthode deMonte-Carlo(1944) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.2 Méthode deszones(1958) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
