Étude du percement par fusion d’une paroi solide impactée par un jet liquide axisymétrique

Le percement par fonte d’un solide consécutif à l’impact d’un jet liquide axisymétrique est un phénomène d’intérêt pour estimer la tenue d’un élément de réacteur nucléaire impacté par un jet de corium (T>2000K) produit par une potentielle fusion du cœur. Cette situation a été rencontrée lors des accidents de Three Miles Island et de Fukushima Daiichi. Cette hypothèse est maintenant prise en compte dès la phase de dimensionnement de tout nouveau réacteur nucléaire. La stratégie de sûreté pour les réacteurs de quatrième génération étudiés par le CEA (i.e. RNR Na) repose sur une vidange du corium aussi rapide que possible vers un dispositif (i.e. plateau récupérateur) permettant de l’étaler pour améliorer son refroidissement ultérieur. L’étalement permet aussi de maximiser les fuites neutroniques et donc diminuer la puissance thermique dégagée par le corium. Pour permettre la vidange du corium vers le plateau récupérateur, des tubes de déchargement en cœur permettent de le guider le plus tôt possible vers ce dispositif. Pour que le système soit efficace, il faut assurer sa tenue vis-à-vis des premières interactions avec le corium ; le potentiel impact d’un jet de corium cohérent est notamment la situation la plus à risque.

Dans ce domaine, les études se sont focalisées sur des parois de « minces » épaisseurs (inférieures à dix fois le diamètre du jet) représentatives de la cuve des réacteurs. Aussi, seule la vitesse au point d’impact a été étudiée ; ni la forme de la cavité, ni son évolution n’ont reçu d’intérêt. Le processus d’ablation a toujours été considéré en régime quasi-permanent conduisant invariablement à une vitesse d’ablation constante. Seul Saito et al. (1991) ont noté la possibilité de l’apparition d’un second régime d’ablation pouvant s’accompagner d’une réduction de la vitesse de percement. Ce régime étant caractérisé par le remplissage de la cavité formée par l’ablation par une phase liquide.

Ainsi, notre étude vise à améliorer la connaissance globale du processus d’ablation autant qualitativement, par l’identification des différents régimes d’ablation que quantitativement, par la détermination de corrélations expérimentales. Un dispositif expérimental nommé HAnSoLO a été construit au LEMTA. Il permet d’effectuer des essais avec le couple simulant (eau (jet) / glace transparente (solide)). Ce couple permet l’observation en temps réel de la cavité formée par l’ablation. Ce suivi est effectué par ombroscopie avec une caméra rapide. Pour obtenir des informations inédites, une caméra thermique IR et une caméra dans le visible ont été disposées de façon coaxiale au jet. Le dispositif nous permet donc d’obtenir la vitesse d’ablation en différents points de la cavité et d’estimer le coefficient d’échange convectif entre le solide et le liquide en temps réel. Les paramètres d’entrée de l’étude sont le diamètre, la vitesse et la température à l’impact du jet. Pour l’instant, seules la vitesse et la température du jet ont été étudiées. Les premières expériences nous ont permis d’identifier plusieurs régimes, dont le « pool-effect » menant effectivement à une réduction de la vitesse d’ablation en fonction du temps.