Aktis n°26 jun/jui/aoû 2017
Aktis n°26 jun/jui/aoû 2017
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°26 de jun/jui/aoû 2017

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire

  • Format : (150 x 210) mm

  • Nombre de pages : 12

  • Taille du fichier PDF : 6,7 Mo

  • Dans ce numéro : mieux connaître l'hydruration des gaines pour prévoir leur rupture.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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PUBLICATIONS J. Desquines et al. « A new model on radial hydride precipitation in Zircaloy-4 claddings under decaying stress and temperature transient », International Conference on Management of Spent Fuel from Nuclear Power Reactors - An Integrated Approach to the Back-End of the Fuel Cycle, At Vienna, Austria, June 2015 J. Desquines et al. « Embrittlement of prehydrided Zircaloy-4 by steam oxidation under simulated LOCA transients », Journal of Nuclear Materials, 2016, 469, 20-31 A. Dufresne et al. « How to derive tight-binding spd potentials ? Application to zirconium », Journal of Physics : Condensed Matter, 2015 Aug 26 ; 27 (33)  : 336301 (5) Le programme international Cabri (CIP) vise à étudier le comportement des crayons de combustible nucléaire et de leur gainage, lors d’un accident d’injection de réactivité (RIA) dans les réacteurs à eau sous pression (REP). 8 Aktis n°26 – Eté 2017 d’hydruration des gaines. L’étude atomistique d’un matériau nécessite d’une part de disposer d’un modèle de potentiel, c’est-à-dire un modèle énergétique décrivant les interactions entre les différents atomes du système, et d’autre part des méthodes thermostatistiques (Dynamique Moléculaire ou Monte-Carlo) qui permettent de prendre en compte les effets de la température. Dans le cas du système Zirconium-Hydrogène (Zr-H), il n’existait pas encore dans la littérature de modèle d’interaction, prenant en compte la température, à la fois précis (permettant de différencier les phases cristallographiques possibles), et raisonnable en temps de calcul (pour les calculs statistiques). C’est donc à cette première étape que s’est attelée Alice Dufresne durant sa thèse. La doctorante a développé pour le zirconium un modèle de potentiel en liaisons fortes fondé sur des grandeurs issues de calculs ab initio GLO. Ce modèle, de précision ajustable, permet d’accéder à l’énergie du système de façon simplifiée tout en gardant suffisamment d’informations sur sa structure électronique pour que le potentiel soit utilisable dans une large gamme de paramètres structuraux (nature des phases cristallographiques, distances interatomiques). Il a ensuite été étendu avec succès Zr H Lacune V1 V2 V3 au système Zr-H. Plus globalement, la méthode mise en place pendant cette thèse pourrait être appliquée à d’autres systèmes métalliques, couplant métal et éléments organiques (hydrogène, carbone, azote, oxygène…). Ce modèle est actuellement utilisé dans les travaux de Paul Eymeoud, dont la thèse vise à modéliser le diagramme de phase Zirconium-Hydrogène ainsi que la cinétique des transitions de phase, grâce à des simulations Monte-Carlo. Ces recherches permettront de comprendre et de quantifier le lien entre précipités d’hydrures de zirconium et contraintes mécaniques locales dans le métal. La finalité, à terme, est d’affiner la précision des modèles réalisés à l’échelle macroscopique. Les travaux réalisés depuis de nombreuses années sur le Zircaloy, approfondis par ces résultats, permettent de mettre au point des modèles de plus en plus performants pour les évaluations de sûreté. De plus, les expériences globales, qui pourront bientôt être réalisées dans le cadre du programme Cabri-CIP (5), viendront compléter l’arsenal des données nécessaires à la validation des modèles. Les méthodes acquises au cours de ces travaux pourront être utilisées pour l’analyse des nouveaux alliages choisis dans l’industrie nucléaire. V3° V4 V4'V1- -V3' » 1V21-1V41 » IV31-1V411 Structure cristallographique des hydrures ZrH  : les Vi indiquent les différents termes d’interactions atomiques à ajuster. IRSN
Incendie FORMATION PAR LA RECHERCHE Un nouveau modèle de PYROLYSE de MATÉRIAUX SEMI-TRANSPARENTS Les boîtes à gants, couramment utilisées dans les installations nucléaires pour manipuler des produits radioactifs, contiennent un matériau, le PMMA GLO, qui peut contribuer à propager un incendie. Une thèse vient d’en modéliser la pyrolyse, afin de mieux prédire le développement d’un incendie de ce type d’équipement dans les évaluations de sûreté. Prédire, avec un bon niveau de confiance, l’évolution d’un incendie à l’aide d’un logiciel de simulation dépend principalement de la précision avec laquelle la combustion du foyer est déterminée. Ceci passe par des modèles (1) de changement de phase ou de pyrolyse GLO. Jusqu’à la thèse d’AhmedKacem, les modèles implantés dans les logiciels de l’IRSN ont été essentiellement validés pour des matériaux inertes GLO et des foyers simples, comme les nappes de liquide. Ils s’avèrent cependant peu précis pour des feux de solides dont la composition et les caractéristiques peuvent changer au cours de leur dégradation physico-chimique liée à leur combustion. AhmedKacem a mis au point un modèle plus réaliste de pyrolyse volumique, qui prend en compte le rayonnement dans le solide, et la régression de l’interface gaz/solide, et qui est adapté à des solides semi-transparents tels que le PMMA. Ce modèle a 400x400 200x200 Temperature 50 750 1000 1160 11111, 100x100 0.1 0.2 3 04 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Champs de température (en K) et les isothermes à 500, 600 et 700 K pour trois tailles (100 x 100 mm, 200 x 200 mm, 400 x 400 mm) de plaques de PMMA simulés à t = 1000s. Le rectangle gris représente la plaque de PMMA et le rectangle noir correspond à la partie de la plaque sous le masque métallique. IRSN été implémenté dans le logiciel ISIS de simulation des incendies en trois dimensions développé par l’IRSN. De plus, à l’aide d’un algorithme génétique GLO, un jeu unique de paramètres cinétiques pour la pyrolyse a été déterminé à partir d’expériences de pyrolyse pure (2). Pyrolyse avec flamme Puis le modèle global a été confronté à des expériences de pyrolyse avec flamme sur des plaques planes carrées de PMMA de 10, 20 et 40 cm de côté. Le modèle reproduit correctement les phénomènes observés  : la vitesse de régression de la surface solide, quasiment constante en fonction du temps, ainsi que la contribution radiative au flux de chaleur total reçu par la plaque sur sa face en combustion, de l’ordre de 80% quelle que soit la taille de l’échantillon. Les résultats simulés sont en bon accord avec ceux de la littérature et ceux de l’expérience en termes de flux de chaleur, de température de gaz et de vitesse de régression de la surface au centre de la plaque, et de hauteur de flamme. Pour simuler la pyrolyse du PMMA en atmosphère sous-oxygénée, le processus de combustion a été modélisé à l’aide d’une chimie à deux étapes, impliquant la formation et l’oxydation du monoxyde de carbone, et en prenant en compte le phénomène d’extinction de la flamme en fonction de la température et de la concentration en oxygène. Le modèle a été validé sur des expériences réalisées dans le dispositif CADUCEE de l’IRSN, où des plaques de PMMA de 20 cm de côté ont été brûlées dans une atmosphère contenant 18,5% et 19,5% en volume d’oxygène. Il reproduit correctement la baisse du taux de pyrolyse total et les températures de flamme avec la fraction volumique d’oxygène. Ce modèle mis au point par AhmedKacem s’avère ainsi applicable pour une large gamme de situations dans lesquelles la pyrolyse d’un matériau du même type que le PMMA peut se produire. CONTACT Sylvain Suard sylvain.suard@irsn.fr (1) Ces modèles indiquent quels gaz combustibles émanent du foyer et réagissent avec l’oxygène de l’air dans la zone de la flamme. (2) Les expériences de pyrolyse pure sont des expériences de pyrolyse sans flamme. PUBLICATION Modélisation numérique de la pyrolyse en atmosphères normalement oxygénée et sousoxygénée, thèse soutenue par AhmedKacem le 30 mai 2016 à l’université Aix- Marseille, spécialité énergétique ; École doctorale 353, Sciences pour l’ingénieur  : mécanique, physique, micro et nanoélectronique. Aktis n°26 – Eté 2017 9



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