Validation expérimentale des modèles de formation de dépôts dendritiques en écoulements inclinés dans les filtres plissés THE (PsD RES26-3)

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.
L’ASNR contribue, par ses travaux de recherche et d’expertise, à l’élaboration et à la mise en œuvre des politiques publiques en matière de prévention et de protection contre les risques associés aux rayonnements ionisants dans les secteurs de l’énergie, de l’environnement ou de la santé.

Au sein de l’ASNR, le laboratoire qui appartient au groupe thématique de recherche «Altération et vieillissement des matériaux du nucléaire » et « Dispersion des matières radioactives et polluants » a été agréé par l’HCERES en 2021. Il apporte également un soutien technique dans le cadre des expertises de sûreté.

Les domaines de recherche du ld’Expérimentations sur le Comportement des Equipements et de la Ventilation (LECEV) concernent la filtration, l’épuration et le comportement des équipements contribuant au confinement dans les installations de type laboratoires/usines. Le comportement est évalué en conditions normales de fonctionnement, y compris le vieillissement, jusqu’à des conditions incidentelles, voire accidentelles (débit, température, pression, humidité, irradiation…).
Ce laboratoire, implanté sur le site du CEA/Saclay, s’appuie sur la plateforme expérimentale BOREE (Boucles Résistance des Equipements et Epurations des aérosols) qui est référencée dans le projet Européen OFFERR (eurOpean platForm For accEssing nucleaR R&d facilities).

Ce travail postdoctoral s'inscrit dans un programme de recherche dédié à l'amélioration des modèles de colmatage de filtres très haute efficacité (THE).
Dans les filtres THE, la géométrie plissée du média filtrant induit des écoulements dont les lignes de courant sont localement inclinées par rapport au média. Les travaux de simulation ont montré que cette inclinaison joue un rôle central dans la formation de dépôts anisotropes et peu compacts, organisés sous forme de structures dendritiques. Ces dépôts gouvernent directement l'évolution de la perte de charge et donc la durée de vie du filtre.
Afin de conforter la compréhension de ces mécanismes de formation de dendrites, qui s'appuie actuellement en grande partie sur des simulations numériques, une validation expérimentale dans des configurations représentatives des plis de filtres réels est nécessaire.

Le travail vise à reproduire expérimentalement des écoulements inclinés contrôlés, à observer la formation et la croissance des dépôts associés, et à caractériser quantitativement leur morphologie et leur porosité. Les expériences doivent également permettre d'étudier l'évolution de ces dépôts sous l'effet de l'écoulement, notamment les phénomènes de réorganisation et de réentrainement partiel, qui jouent un rôle potentiel important dans la dynamique du colmatage.

Le travail repose sur le développement et l'exploitation d'un dispositif expérimental de filtration analytique permettant de générer des écoulements inclinés par rapport à un média filtrant, tout en offrant un accès optique aux zones de dépôt. Le dispositif OOPS permet de combiner un écoulement traversant et une composante rasante afin de reproduire les incidences locales des lignes de courant dans un pli. Les expériences s'appuieront sur des techniques de visualisation et d'imagerie (MEB) permettant de suivre la croissance des dépôts et d'en reconstruire la structure. Ces méthodes ont déjà été mises en place notamment dans le dispositif Megapan. Des mesures de perte de charge seront réalisées en parallèle afin d'établir un lien direct entre la structuration du dépôt et la réponse aéraulique du système. Les grandeurs mesurées, telles que la porosité effective, l'anisotropie des dépôts et leur organisation dendritique, seront directement comparées aux simulations numériques réalisées antérieurement.

Une bonne maîtrise des outils expérimentaux est nécessaire. En effet, les développements proposés devant reposer sur l'utilisation de méthodes de caractérisation des aérosols ainsi que sur l'utilisation de techniques optiques et de traitement automatisé d'images, un bon niveau de maîtrise de ces méthodes de mesure est indispensable.
Des notions en simulations CFD sont également nécessaires afin d'analyser l'inclinaison locale des écoulements au sein d'un pli réel à partir de simulations réalisées antérieurement et d'en extraire les conditions d'essai pertinentes.
Face à la diversité des processus à l'œuvre, ces travaux nécessitent également un excellent esprit de synthèse afin de valoriser pleinement les résultats de l'étude. En effet, le déroulement des travaux envisagés nécessite de comprendre rapidement l'imbrication des processus à l'œuvre au sein du pli (à l'échelle de la particule, de la dendrite et du pli) sur son colmatage.
Enfin, de bonnes capacités de communication et de valorisation scientifiques sont attendues.