Analyse expérimentale des effets séparés de la mésostructure et du gaz interstitiel sur la conductivité thermique des milieux granulaires

Pour les Réacteurs à Eau Pressurisée, la prédiction du comportement du combustible nucléaire en situation d’accident hypothétique constitue un enjeu majeur de sûreté. Lors d’un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire, le combustible sous forme de pastille peut se fragmenter et former des empilements granulaires immergés dans un gaz. Ainsi, la compréhension fine des mécanismes de transfert thermique au sein de tels milieux hétérogènes permet d’améliorer la prédictibilité des lois de conductivité thermique utilisées dans des codes de performance. Les propriétés thermiques des milieux granulaires dépendent étroitement de la compacité et de la nature des contacts entre particules. La littérature traite largement des mécanismes de transfert de la chaleur dans ces milieux, ainsi que de la fragmentation du combustible et des granulométries obtenues. L’originalité de ce travail réside dans une approche expérimentale à effets séparés sur matériaux simulant le comportement des fragments. L’objectif premier est de dissocier de manière contrôlée les contributions du solide, du gaz et de la mésostructure granulaire - notamment la taille et la forme des particules monodisperses - sur le transfert thermique. Cette démarche vise ensuite à alimenter des simulations permettant de relier les caractéristiques mésostructurales à la conductivité thermique effective de poudres d’oxyde. Les mesures sont réalisées à température ambiante à l’aide d’un dispositif plan chaud instationnaire développé à l’IUSTI, sous différentes atmosphères gazeuses (air et hélium). Les résultats mettent en évidence une forte dépendance de la conductivité thermique à la pression, à la nature du gaz et à la morphologie des particules. Le protocole expérimental mis en œuvre permet de quantifier séparément les effets du solide, du gaz et de la mésostructure granulaire, contribuant à une meilleure compréhension des mécanismes de conduction dans ces milieux fragmentés et à la robustesse des modélisations.

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