Développement d'un code de calcul thermohydraulique pour les réacteurs refroidis à eau sous convection naturelle : Application à l'analyse thermohydraulique du réacteur TRIGA Mark II du CENM

Abstract

La convection naturelle est le mécanisme principal de refroidissement des réacteurs nucléaires de type TRIGA. Elle s’établie par la circulation naturelle de l’eau réfrigérante entre les éléments combustibles du cœur du réacteur. Le royaume du Maroc est l’un des pays qui sont dotés de cette filière de réacteurs. Il s’agit du réacteur TRIGA MARK II de puissance 2MW. Le défi majeur d’une étude thermohydraulique de ce réacteur consiste à savoir si le refroidissement par convection naturelle du réfrigérant est suffisant pour permettre l’évacuation de la chaleur résiduelle du cœur en toute sécurité. En d’autre terme, la connaissance précise des conditions dans lesquelles peut apparaître la crise d’ébullition est nécessaire. Ceci implique la détermination du flux de chaleur critique et du point de Burn-out. Pour déterminer ces paramètres de sureté, plusieurs codes thermohydrauliques ont été développés. Bien qu’ils soient très puissants, l’application directe de ces codes à la simulation thermohydraulique du réacteur TRIGA MARK II, nécessite plusieurs adaptations et modifications qui restent très difficile à réaliser dans la pratique. Dans ce contexte, le présent travail de thèse est dédié au développement d’un code thermohydraulique tridimensionnel permet tant la simulation de l’écoulement du fluide réfrigérant, en circulation naturelle entre les éléments combustibles du réacteur TRIGA MARK II. Ainsi, le code « SACATRI », dont les fondements sont décrits dans ce travail, utilise les principes e l’analyse « sous-canaux ». Des modèles et des corrélations empiriques ont été utilisés pour décrire les différents phénomènes liés à l’écoulement du fluide en convection naturelle et qui sont difficiles à modéliser. Afin que le code SACATRI puisse reproduire avec précision le phénomène physique, différentes activités de vérification et de validation ont été menées sur le code. Le manque de benchmarks, avec une solution exacte spécifique à ce type de problème, nous a poussés à développer une démarche originale dans ce domaine. Pour montrer la capacité du code à reproduire les mesures expérimentales, une étude de comparaison a été menée entre les résultats de simulation du code SACARTI et les résultats de l’expérience effectuée sur le réacteur TRIGA IPR-RI installé au CDNT/CNEM au Brésil. La comparaison indique que le code SAGATRI reproduit ces mesures avec une très bonne précision. L’application du code SACARTI à l’analyse thermohydraulique précision. L’application du code SACARTI l’analyse thermohydraulique du réacteur TRIGA MARK II montre que, en fonctionnement normal, le DNB minimal est de l’ordre de 2.4 avec un flux de chaleur local trois fois plus faible que le flux de chaleur critique pouvant entraîner une crise hydrodynamique au niveau de la gaine du combustible. Même à une température d’entrée de l’ordre de 45 °C, la circulation naturelle de l’eau réfrigérante contribue efficacement à l’évacuation de la chaleur produite dans le cœur.