Soutenance de thèse de Allan GERMAIN

L’énergie utilisée en France est majoritairement (77%) produite grâce à des centrales nucléaires à l'aide de la fission d'atomes d'uranium. La capacité du parc nucléaire français est de 61.25 GWe avec 56 réacteurs à eau pressurisée ce qui place la France comme second producteur d’énergie d'origine nucléaire au monde. L’énergie nucléaire est respectueuse de l'environnement grâce à ces faibles émissions de CO2. Cependant, son principal défaut est le risque d'accident grave pouvant impliquer des conséquences biologiques sur un zone étendue. 3 accidents majeurs ont eu lieu depuis les débuts de l'exploitation de l'énergie nucléaire : L'accident de Three-Mile Island en 1979, l'accident de Tchernobyl en 1986 et plus récemment, l'accident de Fukushima Daiichi en 2011. Ces 3 accidents sont l'origine d'une prise de conscience mondiale à propos des dangers des réacteurs nucléaires. Depuis lors, la sécurité des réacteurs nucléaires s'est vue améliorée avec comme objectif l’anticipation de la majorité des événements pouvant survenir à la suite de l'un de ces accidents. De plus, des programmes de recherche expérimentaux et calculatoires ont été lancés internationalement afin d'anticiper les conséquences des accidents graves, en particulier sur le relâchement des actinides mineurs et des produits de fissions (PF) (source terme). Parmi ces programmes expérimentaux, deux d'entre d'eux, menés par le CEA, ont été dédiés au relâchement des PF lors d'accidents graves : les programmes VERCORS et VERDON. Les simulations de ces programmes par différents organismes de recherche ont montré que les relâchements de certains PF, comme le molybdène et le baryum, sont particulièrement compliqués à reproduire tant leur thermochimie est complexe dans les plages de températures et avec les atmosphères représentatives des conditions d'un accident grave. L'objectif de ce travail est donc de développer un modèle simple et robuste facilement intégrable dans un code de performance couplant des calculs d'équilibres thermochimiques et un modèle de transport des gaz dans le combustible. La thermochimie est l'aspect principalement étudiée dans ce travail car il joue un rôle critique dans les relâchements des PF.

The majority of the electricity used in France (77%) is produced by nuclear power plants where uranium atoms are fissioned. The capacity of the French nuclear fleet is 61.25 GWe with 56 Pressurized Water Reactors which places France as the 2nd largest producer of nuclear energy in the world. Nuclear energy is respectful of the environment since only few CO2 emissions are generated. A main drawback of nuclear energy is the risk of severe accidents which can induce biologic consequences in a large area. Three major accidents happened since the beginning of the nuclear energy exploitation: the Three-Mile Island accident in 1979, the Chernobyl accident in 1986 and more recently the Fukushima Daiichi accident in 2011. These 3 accidents are the origin of a worldwide awareness-raising about dangers coming from nuclear reactors. Since then, safety of reactors has been improved to anticipate most of the events that can potentially lead to major accident. Furthermore, experimental programs as well as modeling programs were launched internationally to foresee severe accidents’ consequences, especially minor actinides and Fission Products (FPs) release (source term). Among the experimental programs, two of them were dedicated to FPs release during severe accidents and were led by the CEA: the VERCORS and the VERDON programs. Simulations of the VERCORS/VERDON tests made by different organizations showed that the release of some FPs, such as molybdenum and barium, are particularly hard to model since their thermochemistry in nuclear fuel is complex in the temperature ranges and atmospheres representative of severe accident conditions. The objective of this work has been to develop a robust and easy model to implement in fuel performance codes coupling between thermochemical equilibrium calculations and gas transport in the nuclear fuel. Thermochemistry is the main aspect studied in this work since it plays a major role in the release of FPs.