Assessment of CATHARE-3 3D module on TRIGA reactor

Le secteur industriel est le deuxième contributeur aux émissions de CO2 en France après les transports. Atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 nécessite de prioriser la décarbonation, en particulier pour les procédés ayant des besoins thermiques inférieurs à 150 °C, qui représentent plus de 50 % de la consommation thermique industrielle. Des exemples incluent les réseaux de chaleur, l’électrolyse de l’hydrogène et la production de chlorure de vinyle. L’énergie nucléaire, en particulier les petits réacteurs modulaires (SMR), constitue une solution prometteuse bas carbone. Le concept de SMR R-CALIN (Reactor CALogène à INertie renforcée) vise une production de chaleur flexible avec un haut niveau de sûreté passive. Dans le cadre du projet SMR R-CALIN, des simulations thermo-hydrauliques sont essentielles pour étudier les conditions normales et accidentelles. Le code CATHARE-3 est largement utilisé en raison de sa base de validation et de son efficacité. Le design R-CALIN présente un circuit secondaire ouvert fonctionnant par convection naturelle, avec une grande inertie thermique améliorant significativement la sûreté. Le recours à la circulation naturelle et cette grande inertie thermique augmentent le niveau de sûreté, au point qu’aucun événement physique réaliste (ou combinaison d’événements) ne peut conduire à un accident grave. Cependant, cela introduit des contraintes sur la modélisation des phénomènes physiques. En raison du caractère intrinsèquement tridimensionnel de l’écoulement, une approche 1D classique ne permet pas de capturer les phénomènes dans le volume secondaire. CATHARE-3 inclut une adaptation 3D des équations de conservation, validée pour des écoulements 3D typiques des REP actuels, tels que la cuve du réacteur et les simulations de sous-canaux. Toutefois, un manque de validation a été identifié pour les configurations à volume ouvert comme la piscine secondaire de R-CALIN. Dans ces géométries, les parois et structures internes restent éloignées, ce qui rend la diffusion numérique introduite par le code potentiellement significative par rapport à la diffusion physique. Cette étude vise à valider le module 3D de CATHARE-3 pour la convection naturelle en milieu ouvert en utilisant le réacteur TRIGA du JSI. Un modèle 1D préliminaire a fourni des résultats de référence, suivi d’un modèle mixte 1D/3D validé par comparaison avec des données expérimentales. Le modèle 1D reproduit les tendances générales mais reste limité pour la diffusion thermique en raison de la nodalisation 1D de la piscine. Le modèle 3D améliore les résultats mais ne parvient pas à reproduire les données expérimentales, et le modèle de diffusion s’avère inadapté à la géométrie proposée. Les travaux futurs incluent un modèle 3D complet sous CATHARE-3 avec activation du modèle de diffusion et une comparaison avec TrioCFD, dans le but d’étendre le domaine de validation de CATHARE-3 à d’autres concepts de SMR à volume ouvert.

Work In Progress