Etude de la convection naturelle transitoire d’un fluide à grande thermodépendance en viscosité en configuration cylindrique
La compréhension du comportement thermique d’un déchet d’enrobé bitumineux, constitué de sels radioactifs dans une matrice bitume, est primordiale d’un point de vue sureté. Cette problématique nous mène à nous intéresser au comportement convectif transitoire en géométrie cylindrique des fluides à haute thermodépendance en viscosité. En effet celle du bitume évolue grandement avec la température, en perdant notamment six décades entre 0 et 100 ∘^{\circ}C. Le scénario investigué consiste en un fut initialement à température ambiante soumis à une sollicitation thermique externe en créneau de température. Une analyse d’ordre de grandeur a été mise en place pour comprendre les caractéristiques principales du système. Trois phases ont notamment été décrites : le choc thermique diffusif, la mise en place de la convection à l’échelle du fut, et le retour de la diffusion pour chauffer le cœur froid dans le fond du fut. Cette analyse a été appuyée par des simulations numériques réalisées en 2D axisymétrique via l’outil Comsol, et en 3D via un outil développé par le Cemef, un laboratoire partenaire. Le modèle employé s’appuie sur l’approximation de Boussinesq et sur une loi exponentielle de dépendance de la viscosité en température. Les paramètres géométriques, les extrema de viscosité et le coefficient de dilatation thermique ont été modifiés afin de couvrir une large plage de nombre de Rayleigh (de 1E3 à 1E6) et d’en tirer une corrélation sur le temps caractéristique de réchauffement du système et sur le flux maximal atteint. Pour finir, l’influence de la présence d’une contrainte seuil sur l’écoulement a été investiguée. Celle-ci est représentative des effets non newtoniens observés dans les enrobés, et peut bloquer partiellement ou totalement les écoulements convectifs.
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