Soutenance de thèse de Tristan JULIEN

Le travail porte sur les phénomènes d'interaction fluide-structure liés aux ruptures de gaines de crayons combustibles en réacteur nucléaire. Une rupture de gaine engendre des vibrations du crayon et un front de pression dans le fluide entourant le crayon. Des méthodes de mesure et d'analyse appropriées de ces effets permettraient d'obtenir des informations sur la fissure, notamment sa position et l'instant d'apparition. Cependant, ces méthodes requièrent des informations a priori sur les phénomènes de propagation d'onde et sur les différentes sources présentes dans le système. Ainsi, le premier objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension des phénomènes d'interaction fluide-structure engendrés par la rupture et par l'écoulement du fluide autour du crayon. Un second objectif consiste à trouver les méthodes permettant d'étudier ces effets à l'aide de systèmes de mesures acoustiques et vibratoires simples, tels que des capteurs de pression fluide, des accéléromètres, des jauges de déformation ou des capteurs d'émission acoustique. Le premier objectif a principalement été atteint par des simulations numériques (à l'aide du code EUROPLEXUS), et le second par des essais sur maquettes expérimentales, dans lesquelles sont reproduits les phénomènes étudiés (rupture de gaine et écoulement du fluide extérieur) sur des crayons factices. Les résultats numériques et expérimentaux ont fait l'objet de comparaison avec des résultats théoriques (obtenus avec un modèle utilisé dans l'étude des "coups de bélier"). En plus de la présentation des résultats expérimentaux et numériques, sont également décrits les travaux de conception des moyens expérimentaux et des chaînes de mesure.

The work consists in studying fluid-structure interaction phenomena related to fuel rod cladding failures in a nuclear reactor. Detection, localization and characterization of cladding failures are of interest for studies about fuel behavior in research reactors, as well as for optimizing the operation of industrial power plants. As a cladding failure produces rod vibrations and pressure waves in the fluid surrounding the rod, acoustic and vibration methods can be used to study such a phenomenon. An advantage of such methods is the possibility to measure the the waves produced by the failure with sensors mounted relatively far from the source, which is located inside the reactor core, where instrumentation possibilities are restricted (because of neutron flux, radiation, high temperature and available space). However, the methods require prior information about wave propagation phenomena and the different sources existing in the system. Thus, a first objective of the thesis is to better understand fluid-structure interaction phenomena induced by the failure and the fluid flowing around the rod. A second objective is to find suited methods to study those effects with usual acoustic and vibration measurement devices such as pressure sensors, accelerometers, strain gages, or acoustic emission sensors. The first objective is mainly achieved by numerical simulations (using the EUROPLEXUS code) and the second by tests on experimental mockups, where the phenomena of interest (cladding failure and surrounding fluid flow) are reproduced on a fake fuel rod. Both numerical and experimental results are compared to the underlying theory (using, for instance, an analytical water-hammer model). In addition to these numerical and experimental studies, the work also includes the design process of the experimental devices and the instrumentation system.