Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Neutronique,Simulation,Sensibilité,

Keywords

Neutronics,Simulation,Sensitivity,

Titre de thèse

Élaboration d'une méthodologie d'analyse de sensibilité couplées fondée sur la théorie des perturbations généralisée. Application aux grandeurs physiques du cycle du combustible.
Elaboration of a coupled sensitivity analysis methodology based of the generealised theory of perturbations. Application to physical parameters of the nuclear fuel cycle.

Date

Mardi 14 Mars 2023

Adresse

Centre CEA Saclay D306 / Porte Est, 91190 Saclay Amphithéâtre Jules Horowitz

Jury

Directeur de these M. Jean TOMMASI CEA Cadarache
Président M. Adrien BIDAUD CNRS LPSC Grenoble
Examinateur M. Ivan KODELI Jožef Stefan Institute
Examinateur Mme Sandra DULLA Politecnico di Torino
Rapporteur M. Andreas PAUTZ Paul Scherrer Institut
Examinateur M. David LECARPENTIER EDF Lab Paris-Saclay
Co-encadrant de these M. Aimé TSILANIZARA CEA Saclay

Résumé de la thèse

La puissance résiduelle, comme d'autres grandeurs physiques du cycle du combustible nucléaire, est évaluée à l'aide d'outils de calcul scientifique dédiés à la résolution des équations couplées de Bateman et de Boltzmann. Un calcul fiable des grandeurs physiques du cycle du combustible implique, en plus de la détermination de leur valeur nominale, une bonne maîtrise de l'incertitude associée. La source principale d'erreur sur ces grandeurs sont les incertitudes qui entachent les données nucléaires de bases qui servent de paramètres d'entrée aux codes de calculs. Nos travaux se placent dans le contexte du calcul de ces incertitudes par la méthode déterministe, dont le principe est de séparer le calcul de propagation d'incertitudes en deux parties. Une première partie appelée analyse de sensibilités vise à calculer les coefficients de sensibilité de la grandeur étudiée à l'ensemble des paramètres d'entrée. La seconde partie est la propagation d'incertitudes proprement dite~: on exploite les coefficients de sensibilité calculés dans la première partie ainsi que des matrices de variances-covariances décrivant les incertitudes des paramètres d'entrée et leurs éventuelles corrélations. Jusqu'à présent les codes de calculs développés au CEA ne permettaient d'effectuer des calculs de propagation d'incertitude que dans des cas restreints, dans lesquels le couplage entre les équations de Bateman et de Boltzmann était rompu. La théorie des perturbations généralisée en évolution (TPGE) propose une méthode de calcul des coefficients de sensibilité qui permet de correctement prendre en compte ce couplage. Au cours de nos travaux nous avons implémenté une méthodologie de calcul fondée sur cette théorie à l'aide du code de calcul d'évolution isotopique MENDEL et du code de transport de neutrons APOLLO3(R). La méthodologie implémentée a été mise en œuvre pour le calcul de l'incertitude sur la puissance résiduelle émise par un assemblage UOX enrichi à 2%.

Thesis resume

Decay heat, like other physical quantities of the nuclear fuel cycle, is evaluated using scientific computing software solving the coupled Bateman and Boltzmann equations. An accurate calculation of these quantities involves, in addition to the faithfull computation of the quantity's nominal value, a robust quantitication of its associated uncertainties. The main source of uncertainty on these quantities is caused by the uncertainty associated with nuclear data, used as input the the computation codes. The context of our work is the propagation of these uncertainty using deterministic methods, which consist of separating the process in two parts, first calculating the sensivity coefficients, and second propagating the uncertainty on nuclear data described in variance-covariance matrices using these coefficients. Until now, code developped at CEA only allowed for the computation of these coefficients in limited usecase, in which the coupling between the Bateman and Boltzmann equations was disabled. Depletion Perturbation Theory derives sensitivity coefficient for physical quantities of the fuel cycle that correctly takes this coupling into account. Our work consisted of implemented this theory using fuel depletion code MENDEL and neutron transport code APOLLO3(R), both developped at CEA. The implemented method is used to calculate the uncertainty on decay heat emitted by a 2 enriched UOX fuel assembly.