Soutenance de thèse de DJERIOUAT Fouzia
Titre de thèse
Étude de la rétention de produits de fission iodés par barbotage : hydrodynamique des bulles et impact d'un milieu salin
Retention of iodine fission products by pool scrubbing : bubble hydrodynamics and effet of salt water
Résumé de la thèse
Lors d'un hypothétique accident nucléaire grave, les potentiels rejets de produits de fission (PF) depuis une installation nucléaire vers l'atmosphère représentent un problème majeur en matière de sûreté nucléaire. L'estimation de ces rejets avec précision est très importante, afin de procéder à une évaluation appropriée des risques et de mettre en œuvre les mesures nécessaires. À cette fin, l'ASNR (Autorité de Sûreté Nucléaire et Radioprotection) mène des recherches sur la mitigation des PF transportés dans un gaz vecteur injecté à travers un bain liquide. Ce processus, appelé « barbotage » ou « pool scrubbing », peut se produire dans plusieurs scénarios d'accident dans les réacteurs à eau légère (REP, REB), notamment dans les systèmes de de filtrations passifs (FCVS) ou en cas de rupture des tubes du générateur de vapeur (RTGV), ainsi que dans les accidents impliquant des sous-marins à propulsion nucléaire (immergés dans l'eau de mer) ou dans certains modèles de nouveaux petits réacteurs modulaires (SMR) utilisant une cuve immergée dans une piscine d'eau.
Dans ce contexte, des expériences ont été menées pour caractériser l'hydrodynamique des bulles et le piégeage des composés iodés (mesures du facteur de décontamination) dans des installations dédiées, utilisant de l'eau déminéralisée ou une solution saline pour différents débits d'injection de gaz vecteur, dans des conditions ambiantes. Des résultats préalablement obtenus sur l'hydrodynamique de la zone d'injection et sur la rétention des aérosols de CsI et de l'I2 volatil, dans de l'eau déminéralisée ou alcaline ont servi de base pour lancer la présente étude, celle-ci étant davantage focalisée sur l'impact physico-chimique d'une solution saline sur ces phénomènes. Plusieurs séries d'essais de rétention de contaminants iodés ont ainsi été effectuées sur l'installation TYFON.
De plus, des recherches plus approfondies ont été menées sur la dynamique des panaches de bulles, basées sur une approche théorique du phénomène (identification des paramètres-clé en entrée et sortie), ainsi que des expérimentations complémentaires dans l'eau déminéralisée et l'eau salée. Ces dernières ont été menées sur le dispositif BULLET, pour caractériser l'influence de plusieurs paramètres (diamètres d'injecteurs, débits, concentrations en sel) sur le volume des bulles, les distributions de vitesses et les taux de vide à différentes altitudes, de l'injection à la surface libre.
Tout cela contribuera à terme à l'amélioration du développement de GASPOOL, le nouveau module de pool scrubbing d'ASTEC (Accident Source Term Evaluation Code), code intégral développé par l'ASNR pour modéliser les accidents nucléaires graves.
Thesis resume
In the event of a hypothetical severe nuclear accident, the potential release of fission products (FP) from a nuclear facility into the atmosphere represents a major nuclear safety issue. It is very important to estimate these releases accurately, in order to carry out an appropriate risk assessment and implement the necessary measures. To this end, ASNR (French Authority for Nuclear Safety and Radiation Protection) is conducting research dealing with FP mitigation transported in a carrier gas injected through a liquid bath. This process, known as pool scrubbing, can occur in several accident scenarios in light water reactors (PWR, BWR), particularly in passive filtration systems (FCVS) or in the event of steam generator tube rupture (SGTR), as well as in accidents involving nuclear-powered submarines (immersed in seawater) or in certain models of new small modular reactors (SMR) using a vessel immersed in a water pool.
In this context, experiments were carried out to characterise the hydrodynamics of the bubbles and the trapping of iodine compounds (measurements of the decontamination factor) in dedicated facilities, using demineralised water or a saline solution for different carrier gas injection rates, under ambient conditions. Previous results obtained on the hydrodynamics of the injection zone and on the retention of CsI aerosols and volatile I2 in demineralized or alkaline water served as a basis for launching the present study, which focuses more on the physico-chemical impact of a saline solution on these phenomena. Several series of iodine contaminant retention tests were carried out on TYFON facility.
In addition, more in-depth research was carried out into the dynamics of bubble plumes, based on a theoretical approach of the phenomenon (identification of key inlet and outlet parameters), as well as complementary experiments in demineralised water and salt water. The latter were carried out on the BULLET device, to characterise the influence of several parameters (nozzle diameters, flow rates, salt concentrations) on the volume of bubbles, the velocity distributions and the void fraction at different altitudes, from injection to the free surface.
All this work will ultimately contribute to improve the development of GASPOOL, the new pool scrubbing module of ASTEC (Accident Source Term Evaluation Code), the integral code developed by the ASNR to model severe nuclear accidents.