L’étude des feux de sodium pulvérisés est d’un intérêt majeur pour la sûreté des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na). Ce type de feu peut en effet se produire en cas de brèche sur une conduite de sodium sous pression ou bien lors de l’impact d’une fuite de sodium sur un obstacle. Le sodium liquide se fragmente alors en gouttelettes, augmentant ainsi de manière significative sa surface d’échange avec l’air, au contact duquel il s’enflamme et réagit en produisant des composés toxiques. La principale conséquence d’un tel feu pour la sûreté est l’augmentation de la pression et de la température dans le local concerné et la production de composés chimiques toxiques, qui pourraient être relâchés dans l’environnement.

Les phénomènes-clés à considérer pour l’étude des feux de sodium pulvérisés sont la fragmentation primaire du sodium et le comportement de la population de particules générées. Dans ce cadre, une campagne expérimentale est en cours à l’Indira Gandhi Center for Atomic Research (IGCAR) en Inde. Les essais consistent à injecter un jet de sodium dans une enceinte, le diamètre du jet et sa vitesse d’éjection constituant les paramètres expérimentaux. Des essais sont d’abord réalisés en atmosphère neutre afin d’étudier les effets purement aérodynamiques. La grille expérimentale comporte ensuite des essais en air dans lesquels fragmentation, chimie et combustion sont couplées.

Tous ces essais sont filmés avec une caméra ultra-rapide en utilisant une technique d’ombroscopie pour observer précisément les phénomènes d’interface, qui conduisent à la génération de particules. Les images sont ensuite traitées pour déterminer les distributions en taille et en vitesse des particules issues de la fragmentation.

Dans une première partie, le(la) doctorant(e) devra finaliser l’analyse des images initiée lors d’un stage de Master 2 précédant le doctorat. Ce travail sera suivi d’un volet « modélisation numérique » de la thèse en analysant la littérature et les résultats expérimentaux disponibles et en reprenant un modèle précédemment développé au laboratoire dédié à l’atomisation des jets d’eau ([1] et [2]). Une fois retravaillé, le modèle devra être implémenté dans un outil de CFD disponible au laboratoire et utilisé pour des situations représentatives des essais indiens, afin d’être validé.

Ce travail de thèse se déroulera à l'institut IRESNE du CEA Cadarache, au laboratoire LESC (Laboratoire d’Etudes des technologies Sodium et Caloporteurs avancés), spécialisé dans l’étude des risques liés au sodium. L’étudiant(e) sera impliqué(e) dans la collaboration entre le CEA (France) et l’IGCAR (Inde) et participera aux discussions entre les deux organismes.

Références:

[1] M. Sadek, T. Gilardi, R. Bazile, S. Mimouni, et L. Porcheron, « Characterization of liquid jet breakup for the simulation of accidental sodium leakage scenarios in sodium-cooled fast reactors », Portland, USA, 2019, p. 9.

[2] M. Sadek, « Etude de la fragmentation de jets liquides pour l’évaluation des conséquences des feux de sodium?: analyse de jets par ombroscopie et modélisation numérique », Université de Toulouse, 2020.