L'objectif de la thèse est d'expliquer et de modéliser les aspects explosifs de la réaction sodium-eau (RSE), dont la maîtrise est un enjeu important pour la sûreté de réacteurs nucléaires de génération IV à caloporteur sodium (RnR-Na).
Mots Clés : sodium, réaction sodium-eau, emballement, modélisation, expérimental
Jury
-* Directeur de these M. Richard SAUREL Aix Marseille Université / LMA
-* Rapporteur M. Christophe PROUST Université Technologique de Compiègne / INERIS
-* Rapporteur M. Chaouki HABCHI IFPEN
-* Examinateur Mme Gloria FACCANONI Université de Toulon / IMATH
-* Examinateur M. Dominique EYHERAMENDY Centrale Marseille / LMA
Résumé
La réaction sodium-eau est une réaction hétérogène : les réactifs sont en deux phases séparés par un film de gaz. Dans une telle configuration, une réaction chimique ne peut théoriquement pas s'emballer, or les observations démontrent le contraire. En effet, la réaction sodium-eau peut sous certaines conditions devenir explosive, générant des ondes de pression et des éjections de matière Un mécanisme présenté dans les précédents travaux propose d'expliquer ces observations par la vaporisation du sodium. Sous l'effet de la chaleur dégagée par la réaction, le sodium pourrait se vaporiser intensément et se mélanger à la vapeur d'eau, permettant l'emballement. Dans ce manuscrit, une étude approfondie de ce mécanisme est présentée au travers d'une approche déployée suivant 3 axes: analytique, numérique et expérimental. Un modèle analytique 0d de type Semenov, adapté à la configuration hétérogène, montre d'abord que ce mécanisme peut en effet aboutir à un emballement de la réaction. Des simulations numériques de la réaction sodium-eau à l'échelle centimétrique, en 1d puis en 2d avec l'approche « interfaces diffuses », démontrent ensuite que ce mécanisme est susceptible de produire des effets explosifs (ondes de choc, expansion de gaz et éjection de matière). Ces effets sont reproduits numériquement en intensifiant les phénomènes diffusifs qui favorisent le mélange des réactifs en phase gazeuse. Enfin, une étude expérimentale confirme la présence de vapeur de sodium, bien que la température mesurée au coeur du sodium soit éloignée de la température d'ébullition. Il ressort de cette étude que des phénomènes de sous-échelle dans le « film de gaz». tels que des microbulles ou la turbulence, sont nécessaires à la fabrication d'un prémélange réactif en phase gazeuse susceptible de conduire aux effets observés expérimentalement.