Aix-Marseille Université École Doctorale Sciences pour l Ingénieur. Thèse de doctorat. Discipline : Sciences de l Ingénieur.

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1 Aix-Marseille Université École Doctorale Sciences pour l Ingénieur Thèse de doctorat Discipline : Sciences de l Ingénieur présentée par Thomas Prusek Modélisation et simulation numérique du colmatage à l échelle du sous-canal dans les générateurs de vapeur Thèse dirigée par Marc Grandotto et Marc Jaeger Soutenue le 11 décembre 2012 devant le jury composé de : Vincent Giovangigli CMAP École Polytechnique Examinateur Grégory Lefevre LECIME Chimie ParisTech Examinateur Stéphane Viazzo M2P2 Aix-Marseille Université Examinateur Éric Climent INP-ENSEEIHT IMFT Rapporteur Michel Cournil Mines de Saint-Étienne Rapporteur Marc Grandotto CEA Cadarache Co-directeur Marc Jaeger M2P2 École Centrale Marseille Co-directeur Edgar Moleiro EDF CEIDRE Encadrant Fadila Oukacine EDF R&D Encadrante

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3 Remerciements Ces travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe Vibrations Thermohydraulique Échangeurs et Cœurs (I84) de l entreprise EDF, en partenariat avec le laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres UMR 6181 CNRS à Aix-Marseille Université. Je tiens à remercier tout particulièrement mes deux directeurs de thèse : Marc Grandotto, Ingénieur Chercheur au CEA, et Marc Jaeger, Professeur à l École Centrale Marseille, pour avoir accepté de diriger ces travaux de thèse d une part, et pour leur implication active durant ces trois années d autre part. Ils ont su me guider sur ce sujet complexe et multidisciplinaire que représente le colmatage, tout en préservant ma part d autonomie, condition nécessaire à la prise d initiatives. Leur bonne humeur et leur convivialité ont été un pilier pour faire de nos discussions un moment agréable et riche. Je tiens également à remercier mes deux encadrants industriels : Edgar Moleiro, à présent chef du groupe Chimie Primaire à EDF CEIDRE, et Fadila Oukacine, Ingénieur Chercheur à EDF R&D, pour m avoir donné l opportunité de réaliser cette thèse. Cela a été un réel plaisir de travailler avec eux, pour leur disponibilité, leur pédagogie sur des thématiques industrielles complexes (chimie et thermohydraulique notamment), et la confiance qu ils ont su m accordée. J ai pu bénéficier de leurs nombreux précieux conseils et enseignements, qui m ont guidé petit à petit tout au long des travaux. Ma thèse s est déroulée dans des conditions quasiment idéales, avec la chance de cottoyer des encadrants aux compétences diverses, entraînant des discussions nécessairement riches en enseignements et en idées. Pour ces mêmes raisons, je remercie également André Adobes, chef du projet Qual-IFS-GV, qui a su m impliquer pleinement dans son projet. Je remercie Éric Climent et Michel Cournil pour avoir accepté de rapporter ce travail de thèse, ainsi que Vincent Giovangigli, Grégory Lefevre et Stéphane Viazzo pour avoir accepté de les évaluer. J aimerais remercier Antoine Guelfi, ancien chef du groupe I84, pour m avoir permis de réaliser cette thèse, et Oystein Bremnes, son successeur, pour sa disponibilité tout au long de ces trois années. J aimerais également remercier Nadine Gay et Michel Guivarch, Experts Générateur de Vapeur à EDF UNIE Pôle GV, et Rémi Garnier, Ingénieur à EDF CEIDRE, pour l intérêt qu ils ont porté à mes travaux. Ils m ont permis d avoir une vision pragmatique et enrichissante des finalités industrielles liées à la problématique du colmatage. La collecte des données mesurées sur les différents sites d exploitation, fondamentale dans ces travaux de thèse, n aurait pu être réalisée sans leur aide et leur implication. J adresse des remerciements collectifs à l ensemble des agents du groupe I84 pour leur accueil chaleureux et leur soutien tout au long de ces trois années. Parmi eux, plusieurs personnes m ont apporté de précieux conseils et idées : Ouardia Touazi, Julien Berland, Franck David, Jacques Morvan, et Joël Pillet. Leur aide était certes ponctuelle au cours de la thèse, mais elle m a permis d effectuer des avancées décisives. J ai d ailleurs l opportunité

4 de rejoindre le groupe I84 à l issue de ma thèse, et je suis ravi de pouvoir intégrer leur équipe et continuer à travailler avec eux. J aimerais adresser des remerciements particuliers à Sylvain Girard, ancien doctorant avec qui j ai eu l occasion d effectuer mon doctorat sur une thématique commune, le colmatage, mais sous différents angles : l angle statistique de son côté, et l angle phénoménologique du mien. J ai fortement apprécié de travailler avec lui, pour son ouverture d esprit et sa vivacité. L analyse de sensibilité effectuée dans le chapitre 5 est le fruit de notre collaboration. Je tiens à remercier quelques ex-doctorants, avec qui j ai pu partager l expérience de doctorat : Yoann Jus, Benoît de Laage de Meux et Yoann Fendler. Leur bonne humeur et leur sympathie ont largement contribué à faire de nos discussions, autour d un café, un moment privilégié d écoute et d entraide. Je souhaiterais enfin adresser des remerciements à tous ceux qui me sont chers, mes parents, mes sœurs, et Dalila. Ils ont été présents dans tous les moments de la thèse, et plus particulièrement lors de la rédaction du manuscrit, dernière ligne droite qui nécessite de redoubler d efforts. Leur soutien est, à mes yeux, inestimable. À leur manière, ils ont été un pilier fondamental à l aboutissement de ces travaux, et je leur en serai toujours reconnaissant. 4

5 Résumé Ce travail de thèse s inscrit dans le cadre d un projet de recherche industriel visant à améliorer les méthodes et les outils de simulation du comportement thermohydraulique et vibratoire dans les générateurs de vapeur des centrales nucléaires, en présence de colmatage. Le colmatage des générateurs de vapeur est un phénomène de déposition de matières au niveau d interstices, appelés passages foliés, qui perturbe la libre circulation de l écoulement appartenant au circuit secondaire. L objectif de ces travaux de thèse est de disposer d un modèle permettant de simuler ce phénomène dans l intégralité du générateur de vapeur à l échelle du sous-canal du faisceau de tubes. Le modèle proposé se décompose en deux étapes au niveau de chaque passage folié : une étape de déposition des particules, et une étape de consolidation du dépôt par précipitation d espèces solubles. Une méthode inverse d assimilation de données a été développée pour ajuster ce modèle sur les différentes observations issues du retour d expérience disponible à EDF. Les résultats de simulation sont comparables aux données mesurées sur sites d exploitation pour les générateurs de vapeur étudiés. L impact du colmatage sur l écoulement se caractérise par l apparition de survitesses en partie supérieure du générateur de vapeur à l origine d instabilités vibratoires des tubes, et par la diminution du taux de recirculation. Par ailleurs, les résultats de simulation confirment qu une augmentation du ph dans l ensemble du circuit secondaire semble une solution intéressante pour atténuer le phénomène de colmatage. Ce remède est actuellement envisagé sur le parc nucléaire français. Mots-clefs : générateur de vapeur, colmatage, échelle du sous-canal, milieu diphasique, méthode inverse

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7 Abstract In nuclear power plants, corrosion product deposits in the secondary side of steam generators may result in tube support plate flow blockage. Flow blockage is a deposit at the inlet of tube support plate flow holes. It may induce high velocity zones in the secondary flow, then vibrations and tube cracks in some cases. The main objective of this work is to model and simulate this deposit phenomenon in the whole steam generator. A new deposit model has been also developed and implemented in the frame of THYC. THYC is the EDF s reference code for the modelling of 3D two-phase thermal-hydraulic phenomena at the subchannel scale. The deposit model is defined by two main steps : particle deposition, and strengthening process due to soluble species precipitation in the pores of particle deposits. It is calibrated on blockage rates observed in steam generators using an inverse method also developed in this work. The relevance of this model is tested by comparing the simulation results to the actual levels of flow blockage observed in some nuclear plants. The main impact of flow blockage on the secondary flow is localized at the upper tube support plate and may induce tube vibrations. Moreover the simulation results underline the ph dependence of flow blockage phenomenon. A ph elevation of the secondary flow is one of the remedies currently considered on EDF s nuclear fleet. Keywords : steam generator, tube support plate flow blockage, subchannel scale, twophase flow, inverse method

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9 Table des matières Nomenclature 13 Introduction 17 1 Contexte industriel Principe de fonctionnement d un Réacteur à Eau Pressurisée Rôle du Générateur de Vapeur dans le circuit secondaire Principe de fonctionnement du circuit secondaire Principe de fonctionnement d un Générateur de Vapeur Architecture générale d un Générateur de Vapeur Encrassement et colmatage dans les Générateurs de Vapeur Phénomènes d encrassement et de colmatage Problématiques liées à l encrassement Problématiques liées au colmatage Retour d EXpérience sur le colmatage Initiatives d EDF Enjeux et objectifs de la thèse Formation du colmatage dans les Générateurs de Vapeur Mécanismes de constitution du terme source Origine de la matière Chimie du circuit secondaire Conclusion sur les mécanismes de constitution du terme source Mécanismes de transport Nature de la matière Modification de la matière Conclusion sur les mécanismes de transport Mécanismes supposés de déposition Le flashing Le phénomène électrocinétique Déposition sous écoulement turbulent (formation de rides) Encombrement des passages foliés par des gangues de desquamation Conclusion sur les mécanismes supposés de déposition Synthèse sur la formation du colmatage Méthodes numériques pour la simulation des écoulements et de la déposition à l échelle du Générateur de Vapeur Les trois échelles de modélisation dans le domaine du nucléaire L échelle locale (CFD)

10 Table des matières L échelle système L échelle composant Modélisation des écoulements dans le Générateur de Vapeur : le logiciel THYC Objectifs du logiciel Équations homogénéisées Bases de la méthode numérique de résolution Modélisation de la déposition dans le Générateur de Vapeur : les modules BOUTHYC et COLMATHYC Objectifs des modules Principes généraux des modules Modèle d encrassement Spécificité du modèle de colmatage Méthodologie pour le calcul de la déposition dans le Générateur de Vapeur Synthèse sur les méthodes numériques Méthode inverse pour l assimilation de données industrielles Contexte : intérêt de la méthode inverse Retour d EXpérience du parc nucléaire français Examens TéléVisuels Courants de Foucault Mesure du Niveau Gamme Large Écriture vectorielle des pourcentages de colmatage mesurés Principes généraux de la méthode inverse Constantes de modélisation Écriture vectorielle des pourcentages de colmatage calculés Écriture matricielle de la fonction de transfert Résolution matricielle numérique Applications de la méthode inverse Modélisation du phénomène de colmatage Analyse des écoulements hydrauliques à l échelle locale (CFD) Présentation générale des essais expérimentaux P2C Domaines d étude Paramètres numériques et convergence Simulations CFD et comparaison aux essais expérimentaux Corrélation de chute de pression en écoulement monophasique Modèle de colmatage à l échelle composant Mécanisme de vena contracta Mécanisme de flashing Processus de consolidation des dépôts Simulation du colmatage à l échelle composant Modèle de colmatage simplifié Modèle de colmatage complet Synthèse sur la modélisation du colmatage

11 Table des matières 6 Couplage entre le colmatage et l écoulement thermohydraulique du circuit secondaire Simulation couplée du colmatage Ajustement du modèle par la méthode inverse Répartition du colmatage dans le Générateur de Vapeur Impact du colmatage sur l écoulement thermohydraulique Champ de vitesse du fluide en Plaque Entretoise supérieure Taux de recirculation Conclusions et perspectives 137 A Corrélations utilisées pour le calcul d encrassement 149 A.1 Vitesses de transport et de déposition des particules A.1.1 Mécanisme d inertie A.1.2 Mécanismes de diffusion A.1.3 Mécanisme de sédimentation A.1.4 Mécanisme de thermophorèse A.1.5 Mécanisme d ébullition A.2 Vitesses de transport et de précipitation des espèces solubles A.2.1 Mécanisme de transport A.2.2 Mécanisme de croissance cristalline A.2.3 Mécanisme d ébullition pariétale A.3 Taux d arrachement du dépôt B Analyse détaillée des écoulements à l échelle locale (CFD) 153 B.1 Maillages du domaine et convergence des calculs B.2 Plans de coupe considérés B.3 Résultats des simulations réalisées B.3.1 Champ moyen de pression B.3.2 Champ moyen de vitesse

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13 Nomenclature Latin a Constante de modélisation A % Matrice intervenant dans la méthode inverse A w,d m 2.m 3 Aire pariétale volumique de déposition (= S w,d /V tot ) B % Vecteur intervenant dans la méthode inverse C g Titre massique de la vapeur C l Titre massique du liquide D h m 2.s 1 Cœfficient de diffusion de l espèce h D H m Diamètre hydraulique DH 0 m Diamètre hydraulique initial d un passage folié d p m Taille des particules e m Épaisseur d une Plaque Entretoise E fs W.m 3 Puissance thermique volumique E r s 1 Taux d arrachement f Cœfficient de frottement g m.s 2 Gravité (= 9.81) H lg J.kg 1 Chaleur latente de vaporisation H m J.kg 1 Enthalpie du mélange diphasique homogène I fs kg.m 2.s 2 Terme d interaction fluide/solides K adh m.s 1 Vitesse d adhésion k b J.K 1 Constante de Boltzmann (= ) K d m.s 1 Vitesse de déposition K t m.s 1 Vitesse de transport k v m 1 Variable de blocage d un passage folié L 0 m Demi-distance entre deux tubes consécutifs m d kg.m 2 Masse surfacique de dépôt M d kg Masse de dépôt N inc Nombre de constantes de modélisation inconnues N mes Nombre de données de colmatage mesurées pour le GV considéré N k Nombre de passages foliés dans l ensemble k P a bar Pression de référence pour les simulations CFD P adh Probabilité d adhésion des particules p c % Pourcentage de colmatage (= τ c 100) P c % Vecteur des pourcentages de colmatage calculés Pc mes % Vecteur des pourcentages de colmatage mesurés

14 Nomenclature P h kg.m 3.s 1 Terme volumique de transfert entre espèces h P m P a Pression du mélange diphasique homogène Q h kg.m 3.s 1 Terme volumique de transfert entre l espèce h et le dépôt R m Rugosité des tubes encrassés R 0 m Rayon équivalent d un passage folié Re Nombre de Reynolds S 0 m 2 Section de passage fluide d un passage folié non colmaté S 1 m 2 Section de passage fluide en amont d un passage folié S c m 2 Section du dépôt de colmatage S c m 2 Section de passage fluide d un passage folié colmaté (= S 0 S c ) S w,d m 2 Surface pariétale de dépôt dans une maille S w,f m 2 Surface pariétale d un passage folié Sc Nombre de Schmidt t s Temps T s Temps de déposition total T l K Température du liquide t + p Temps de relaxation des particules U chute m.s 1 Vitesse de chute des particules U l m.s 1 Vitesse du liquide U m m.s 1 Vitesse du mélange diphasique homogène U r m.s 1 Vitesse relative des deux phases U τ m.s 1 Vitesse de frottement pariétale U z m.s 1 Vitesse verticale du mélange diphasique homogène V c m 3 Volume de colmatage dans un passage folié V f m 3 Volume de fluide dans une maille V tot m 3 Volume total d une maille X Vecteur des constantes de modélisation inconnues Grec α % Constante (= ) β m 3 Constante (= ) Γ p kg.kg 1 Fraction massique en particules Γ alim p kg.kg 1 Fraction massique en particules en entrée de GV Γ s kg.kg 1 Fraction massique en espèces solubles Γ max s kg.kg 1 Limite de solubilité des espèces solubles H J.kg 1 Chute d enthalpie H Chute d enthalpie adimensionnelle (= H/U 2 ) P bar Pertes de charge t s Pas de temps de déposition ε c Porosité du dépôt de colmatage ε e Porosité du dépôt d encrassement ε f Porosité fluide η Critère de convergence de la méthode inverse θ C Angle entre la direction des surfaces de dépôt et la direction verticale 14

15 Nomenclature Θ % Combinaison de paramètres déterminés par le logiciel THYC et le module COLMATHYC κ Ratio entre le volume d espèces solubles précipitées et le volume de particules déposées (= V s /V p ) λ W.m 1.K 1 Conductivité thermique µ kg.m 1.s 1 Viscosité dynamique ν m 2.s 1 Viscosité cinématique (= µ/ρ) ξ Cœfficient de perte de charge ρ kg.m 3 Masse volumique σ Transparence de la Plaque Entretoise (= S 0 /S 1 ) τ c Taux de colmatage τ m kg.m 1.s 2 Tenseur des contraintes turbulentes et visqueuses φ m W.m 2 Vecteur de flux de chaleur conductif du mélange diphasique homogène φ w W.m 2 Flux thermique surfacique pariétal Φ kg.m 2.s 1 Flux de matières χ Rapport entre la surface de dépôt projetée sur un plan horizontal et la surface de dépôt totale Ψ kg.m 2.s 1 Composante connu des flux de matières (= Φ/a) Ω Ensemble des indices des flux de matières Indices adh alim c connu crist d dif f e eb elar f g h i inc inert l m o p q r Adhésion Alimentaire Colmatage Connu Croissance cristalline Déposition (colmatage ou encrassement) Diffusion Encrassement Ébullition Élargissement Fluide Vapeur Matière en suspension (particule ou espèce soluble) Entrée du domaine CFD Inconnu Inertie Liquide Mélange diphasique homogène Sortie de domaine CFD Particule Mécanisme physique de déposition ou d arrachement Arrachement 15

16 Nomenclature ret s sedim t thermo tot v w Rétrécissement Espèce soluble Sédimentation Transport Thermophorèse Total Vena contracta Paroi Exposants 0 Initial i Itération de la méthode inverse j Passage folié k Ensemble de passages foliés max Maximum mes Mesure x Valeur locale de la variable x x Valeur moyenne de la variable x Abréviations BAV BC BF CFD CF ETV GV NGL P2C PE PT REP REX THYC VF Terminologie BOUTHYC Code_Saturne COLMATHYC Composant Locale Système Barre Anti-Vibratoire Branche Chaude Branche Froide Computational Fluid Dynamics Courant de Foucault Examens TéléVisuels Générateur de Vapeur Niveau Gamme Large Essais expérimentaux Pertes de Charge sous Colmatage Plaque Entretoise Plaque Tubulaire Réacteur à Eau Pressurisée Retour d EXpérience Logiciel : ThermoHYdraulique des Composants Volumes Finis Module de simulation de l encrassement à l échelle composant Logiciel de simulation à l échelle locale (CFD) Module de simulation du colmatage à l échelle composant Méso-échelle entre l échelle locale (CFD) et l échelle système Échelle utilisée en CFD Échelle utilisée pour le comportement global d un constituant 16

17 Introduction L encrassement est un phénomène physique assez commun qui peut être observé dans de nombreuses applications domestiques ou industrielles. Dans le dictionnaire de l Académie Française, il est défini par l état de ce qui est encrassé, maculé de crasse, ou plus précisément de ce qui est recouvert ou partiellement obstrué par un dépôt de déchets qui s accumulent. De nombreux exemples d encrassement sont présents dans la vie de tous les jours : le calcaire qui encrasse les cafetières, ou encore la suie qui encrasse les cheminées. Dans les applications industrielles, l encrassement est un phénomène qui affecte de nombreux composants technologiques. Parmi eux, une famille de composants est particulièrement concernée par ce phénomène : les échangeurs de chaleur. L encrassement des échangeurs de chaleur correspond au dépôt de matières ou de substances non désirées sur ses différentes surfaces. Il s agit d un processus dynamique, puisqu il se déroule de façon continue dans le temps jusqu à atteindre un état stationnaire, ou jusqu à ce qu un nettoyage de l échangeur soit nécessaire. L encrassement est également un processus relativement lent, puisque des dépôts de taille significative apparaissent usuellement après plusieurs années de fonctionnement de l échangeur. Bien que l encrassement ait d importantes répercussions sur les performances des échangeurs de chaleur, on ne lui a accordé qu une attention très limitée jusqu aux années Néanmoins, avec l émergence récente d une politique générale de réduction de la consommation énergétique et de meilleure efficacité de la production, l encrassement est devenu une problématique majeure pour les industriels. En effet, de nombreuses applications industrielles font intervenir des transferts thermiques, et nécessitent donc l utilisation d échangeurs de chaleur. A titre d exemple, on peut citer les industries pétrochimiques, agroalimentaires, et le cas qui nous intéresse plus particulièrement dans ces travaux de thèse : les centrales nucléaires de production d électricité. Dans ces dernières, un échangeur de chaleur du circuit secondaire est particulièrement soumis au phénomène d encrassement : le générateur de vapeur. Cet échangeur est d une importance capitale puisqu il constitue une des trois barrières de confinement des matières radioactives. Son intégrité est donc un élément-clé à préserver. C est pourquoi EDF s implique dans l étude du comportement thermohydraulique des générateurs de vapeur, et des différents phénomènes de déposition s y produisant. Le premier chapitre aborde de manière générale le contexte industriel dans lequel s inscrit le phénomène d encrassement dans les générateurs de vapeur. Il s agit d un dépôt de matières majoritairement situé sur les parois des tubes évaporateurs. Ce dépôt est problématique puisqu il provoque une résistance accrue aux échanges thermiques, et donc une détérioration globale des performances des générateurs de vapeur. Une attention particulière est apportée dans ces travaux de thèse au phénomène de colmatage, qui peut être considéré en première approximation comme un processus d encrassement entraînant une dégradation rapide des générateurs de vapeur. Il s agit ici d un dépôt de matières situé au niveau d interstices, appelés passages foliés, entre les plaques entretoises et les tubes.

18 Introduction Ce dépôt est problématique puisqu il obstrue les passages foliés, et perturbe ainsi la libre circulation de l écoulement thermohydraulique de l échangeur. Le deuxième chapitre est plus spécifiquement consacré à la description du phénomène de colmatage dans les générateurs de vapeur. La formation des dépôts de colmatage est décomposée en trois principales étapes interdépendantes. Les deux premières étapes sont communes à celles de l encrassement des tubes : les mécanismes de constitution du terme source de la matière et les mécanismes de transport de cette matière. La matière qui se dépose provient majoritairement de la corrosion des différents constituants qui se situent dans l ensemble du circuit secondaire en amont du générateur de vapeur. Cette matière est ensuite transportée sous forme de particules ou d espèces solubles par le fluide au niveau du générateur de vapeur dans lequel elle possède trois possibilités d évolution : soit rester en circulation, soit être évacuée par des purges situées en partie basse, ou soit se déposer sur les différentes parois internes. Cette déposition constitue précisément la troisième étape du phénomène de colmatage : les mécanismes de déposition de la matière. Ils constituent une spécificité relative à la localisation et à l impact du colmatage sur l écoulement qui la différencie du phénomène d encrassement des tubes. À ce jour, quatre mécanismes supposés sont répertoriés dans la littérature. Bien que ces mécanismes soient basés sur des processus physiquement différents, ils ont pour origine commune la contraction soudaine que subit le fluide en entrée de chaque passage folié. Les méthodes numériques pour la simulation de l encrassement et du colmatage à l échelle du sous-canal du faisceau de tubes sont détaillées dans le troisième chapitre : le logiciel THYC (ThermoHYdraulique des Composants) accompagné de deux modules de déposition nommés BOUTHYC et COLMATHYC. Le logiciel THYC est le code de calculs thermohydraulique diphasique tridimensionnel de référence à EDF pour simuler les écoulements à l échelle du sous-canal, échelle appelée également échelle composant. Sur la base des champs thermohydrauliques calculés, les modules BOUTHYC et COLMATHYC modélisent respectivement l encrassement et le colmatage à cette même échelle. Ces phénomènes de déposition et leurs cinétiques sont ainsi simulés dans l ensemble du générateur de vapeur, ce qui constitue le principal avantage de l échelle composant. En raison de la complexité de ces deux phénomènes et de l échelle de simulation choisie, l empirisme reste actuellement l unique moyen de les modéliser. Le modèle d encrassement sur lequel repose le module BOUTHYC est relativement bien décrit dans la littérature. En revanche, il n en est pas de même pour le colmatage. Le développement d un modèle de colmatage dans le module COLMATHYC pour simuler ce phénomène à l échelle composant fait précisément l objet de ces travaux de thèse. Sur le parc nucléaire français, les dépôts de colmatage peuvent être examinés de manière relativement fiable par différentes techniques d inspection. EDF dispose ainsi d une quantité importante de données industrielles sur le niveau de colmatage de ses différents générateurs de vapeur. L intégralité de ces données est capitalisée sous forme d un retour d expérience appartenant à EDF. Le modèle de colmatage développé dans ces travaux de thèse repose, quant à lui, sur des corrélations empiriques qui sont certes basées sur des mécanismes physiques, mais qui font intervenir des constantes de modélisation non nécessairement déterminées par la littérature. Une méthode mathématique, dite méthode inverse, a ainsi été développée dans le quatrième chapitre pour ajuster de manière optimale et automatique le modèle de colmatage sur les différentes observations issues du retour d expérience d EDF. Plus spécifiquement, cette méthode a pour objectif de déterminer la valeur optimale des différentes constantes de modélisation intervenant dans chacune des corrélations empiriques. Le cinquième chapitre, concernant le développement d un modèle de colmatage à 18

19 Introduction l échelle composant, et se décompose en trois parties. Premièrement, une analyse à l échelle locale (CFD) portant sur les écoulements hydrauliques à travers un passage folié d un générateur de vapeur est réalisée. Cette analyse se base sur des essais expérimentaux effectués à EDF et a pour objectif d obtenir une meilleure connaissance de l écoulement local. Les phénomènes de déposition étant très sensibles aux paramètres thermohydrauliques locaux, des améliorations significatives pour les modèles de déposition peuvent ainsi être obtenues. Sur la base de cette analyse, et également de résultats issus de la littérature, un modèle de colmatage à l échelle composant est proposé. Ce modèle se base sur deux étapes ayant lieu en entrée de chaque passage folié : une étape de déposition des particules appelée vena contracta, et une étape de consolidation du dépôt par précipitation d espèces solubles appelée flashing. Les résultats obtenus par ce modèle sont ensuite comparés à des niveaux de colmatage issus du retour d expérience, et un des remèdes actuellement envisagé sur le parc nucléaire français pour atténuer ce phénomène de colmatage est mis en évidence. Le sixième chapitre aborde l impact des dépôts de colmatage sur l écoulement du circuit secondaire dans les générateurs de vapeur. Un couplage entre le logiciel THYC et le module COLMATHYC est ainsi effectué. En présence de colmatage important, le mode de fonctionnement du générateur de vapeur est fortement affecté, dégradant ainsi ses performances et son intégrité. 19

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