Mise en œuvre d’une méthode d’inversion pour la détermination de la puissance résiduelle d’un combustible nucléaire irradié dans le cadre de l’expérience PRESTO

La puissance résiduelle est la puissance thermique dégagée par la décroissance des noyaux radioactifs, dans le combustible nucléaire, et les fissions résiduelles après l’arrêt de la réaction en chaîne. Pour les réacteurs électrogènes, cette puissance est d’environ 7% de la puissance nominale une seconde après l’arrêt et de 1,5% une heure après. Elle est à prendre en compte pour le dimensionnement de toutes les opérations mises en œuvre après la fin de l’irradiation : déchargement du cœur du réacteur, entreposage, transport, retraitement, stockage de déchets, etc. La connaissance de cette puissance résiduelle et de son incertitude est aussi de première importance pour le dimensionnement des systèmes de sûreté permettant la gestion des situations accidentelles. Il est donc important de valider les codes de calcul utilisés pour la conception des réacteurs nucléaires avec des mesures expérimentales. En l’état actuel et concernant les combustibles des REP ou des REB, le formulaire du CEA DARWIN2.3 a été validé pour le calcul de la puissance résiduelle avec des mesures de fissions élémentaires [Fiche et al., 1976], de l’expérience MERCI [Jaboulay & Bourganel, 2012] et des mesures réalisées au laboratoire CLAB [Sturek & Agrenius, 2006] . Les deux dernières constituent un ensemble d’expériences de mesures intégrales de la puissance résiduelle et ont été réalisées en utilisant des dispositifs calorimétriques. Notamment, l’expérience MERCI a été effectuée entre 40 minutes et 40 jours de temps de refroidissement après la fin de l’irradiation et les expériences CLAB entre 12 ans et 25 ans. L’absence d’une validation des codes aux temps très courts, i.e. dans les premières 40 minutes, contraint les exploitants à utiliser des marges importantes par rapport aux valeurs calculées. L’expérience PRESTO (PoweR Estimation for Short Time Optimization), actuellement envisagée par le CEA, doit permettre la mesure de la puissance résiduelle aux temps très courts dégagée par un combustible irradié dans le réacteur Jules Horowitz [Loubière et al., 2009]. L’expérience est prévue dans l’environnement direct du réacteur, ce qui nécessite une technique discriminant les effets provoqués dans le dispositif par la puissance résiduelle du crayon et par la puissance résiduelle du réacteur lui-même (la perturbation due à l’échauffement gamma provenant du cœur constitue à peu près 15% de la puissance résiduelle du crayon). L’estimation de la puissance résiduelle est donc réalisée à l’aide d’une méthode inverse. Il s’agit d’un algorithme d’optimisation estimant une fonctionne inconnue, telle que la puissance résiduelle du crayon, à partir des données expérimentales, telle que les mesures de température, lorsque nous disposons d’une modélisation thermique où les sources de puissance et les transferts thermiques se produisant dans le dispositif sont bien décrits. Dans cette communication nous montrons la mise en œuvre d’une méthode inverse pour l’estimation de la puissance résiduelle du crayon. Le problème inverse à résoudre est du type "inverse crime".