Méthodologie innovante pour l’étude de la cinétique de dépôt d’aérosols lors de scénarios d’incendie d’intérêt (Th RES26-14)

L’incendie dans les installations nucléaires de base représente l’un des risques majeurs dont les conséquences sont la mise en suspension de particules radioactives et la production de particules de suie, participant au colmatage des filtres à très haute efficacité et pouvant également affecter les équipements électriques importants pour la sûreté.

Afin d’estimer au mieux les conséquences d’un tel accident, des mesures en temps réel du dépôt de suies permettraient de mieux appréhender la dynamique du dépôt. La technologie des capteurs résistifs présente à cet égard, l’avantage de la robustesse à haute température. Cependant, une saturation rapide du capteur a été observée au regard de la durée d’un incendie. Par conséquent, une régénération régulière du capteur résistif est nécessaire pour suivre l’intégralité d’un incendie. Par ailleurs, dans un souci de complémentarité des données, et profitant de la phase de régénération du capteur résistif, une deuxième méthode basée sur la mesure du CO2 émis lors de la régénération du capteur a été introduite.

L’objectif de la thèse proposée est d’approfondir la compréhension de la dynamique du dépôt d’aérosols sur les parois et de finaliser le  développement d’un système innovant de quantification en temps réel du dépôt de particules à différentes échelles. L’intérêt sera, in fine, de disposer d’une méthodologie de quantification pouvant être transposable à divers scénarios d’incendie nécessitant la quantification d'un dépôt pariétal.

Après une étude bibliographique, la thèse se déroulera en 3 tâches, depuis les tests à l’échelle laboratoire jusqu’aux tests finaux de validation du suivi dynamique du dépôt pour des incendies à grande échelle.

1ère année : Étude à l’échelle analytique – Caractérisation et modélisation du dépôt L’objectif de cette tâche est de comprendre la dynamique du dépôt sur le capteur résistif à l’échelle analytique (installation sous-ventilée PARIS) et d’acquérir une connaissance des produits de dégradation issus de la combustion de différents matériaux d’intérêt. Elle comprend 2 volets :

Analyse phénoménologique de la formation des microstructures du dépôt Des comportements limitant l’utilisation de la méthode de quantification basée sur la mesure de la réponse électrique du capteur résistif ont été observés pour des mélanges de TBP/TPH (Kort, 2021). L’amélioration de cette méthode passe par une meilleure compréhension de la structure du dépôt et l’établissement d’un lien entre cette formation et le comportement électrique. Pour cela, des observations morphologiques directes des structures de dépôt formées à différents stades de chargement du capteur ainsi qu’une caractérisation électrique des suies seront réalisées.

Validation de la phase de régénération :La deuxième méthode de quantification (Kort, 2022) est basée sur la mesure de la concentration de CO2 émise lors de la phase de régénération du capteur résistif. Cependant, elle a été établie pour des suies principalement composées de carbone. Dans le cas de suies et de particules simulant du plutonium, il convient de qualifier le processus de régénération du capteur qui pourrait être modifié par la présence de ces particules. Des observations du capteur après régénération seront donc effectuées ainsi que diverses caractérisations physico-chimiques des particules produites.

2ème année : Quantification dynamique du dépôt à l’échelle intermédiaire
Cette tâche vise à qualifier et à valider le dispositif de quantification dans des conditions plus réalistes (installation BANCO) avec un débit de  ventilation de 300 m3/h. Plus précisément, il s’agira de valider le nouveau système de quantification dans des conditions de dépôt représentatives et d’ajuster le protocole de mesure pour différents types de suies. Les mesures dynamiques obtenues seront confrontées aux masses déposées mesurées par des techniques de référence.

2ème et 3ème année : Validation à l’échelle intégrale
Cette dernière tâche consiste à tester le dispositif de quantification dynamique dans des conditions expérimentales plus représentatives, à échelle de démonstrateur.
Les mesures effectuées seront comparées à des mesures de référence par aspiration et permettront de produire des données inédites pour alimenter les modèles de dépôt dans les codes de calcul incendie.

Références

Kort, A. et. al (2021). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2021.105783
Kort, A. et. al (2022). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2022.106005

L'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection est une autorité administrative indépendante créée par la loi du 21 mai 2024 relative à l'organisation de la gouvernance de la sûreté nucléaire et de la radioprotection pour répondre au défi de la relance de la filière nucléaire. Elle assure, au nom de l’État, le contrôle des activités nucléaires civiles en France et remplit des missions d'expertise, de recherche, de formation et d’information des publics.

Le doctorant sera salarié ASNR et réalisera sa thèse au sein du Laboratoire de Physique et de Métrologie des Aérosols (LPMA). Le LPMA effectue des recherches, des études et des expertises scientifiques et techniques, à caractère expérimental, concernant les émissions et la caractérisation des aérosols dans les installations nucléaires, en situation normale ou accidentelle. il s’appuie sur la plateforme expérimentale MARIN (Métrologie des Aérosols, Remise en suspension, diagnostics In-situ et Nucléaire) qui est référencée dans le projet Européen OFFERR (eurOpean platForm For accEssing nucleaR R&d facilities). Le LPMA est un acteur historique du développement de la science des aérosols en France en relation avec différents partenaires académiques et industriels. Une synthèse des travaux réalisés et des partenariats entre 1980 et 2001 est présenté dans l’ouvrage History and Reviews of Aerosol Science.

Formations, compétences souhaitées :
Bac + 5, Master 2 ou école d'ingénieur (génie des procédés, génie chimique, capteurs instrumentation et mesure, électronique et système embarqué, mécanique des fluides, combustion, énergétique, physique et métrologie des aérosols, physico-chimie des aérosols).
Travail en équipe et en milieux collaboratifs.
Restrictions éventuelles sur le recrutement d'un candidat handicapé :
Expérimentation sur une plateforme accessible par escalier, aspects sécurité liés à l'utilisation des bouteilles de gaz et des produits chimiques dangereux.