Apport de l’acoustique non linéaire à la caractérisation de l’engazement du sodium liquide. Application aux réacteurs nucléaires de quatrième génération.

The choice of the SFR (Sodium Fast Reactor) approach by France has led to the realization of a fourth-generation prototype called ASTRID. The development of this type of reactor presents several challenges, in particular from the point of view of improving the demonstration of safety and monitoring of operation. The latter requires, among other things, the characterization of the liquid sodium gas (presence of gas microbubbles). The characterization of the gas packing is the object of this study, it implies the determination of the void rate (volume fraction of gas) and of the histogram of the radii of the microbubbles. The bibliographic work carried out showed that the linear acoustic techniques of characterization of the clouds of bubbles did not make it possible to fully answer this problem, on the other hand promising tracks were identified by studying the nonlinear acoustic techniques. This last way has been explored. An experimental bench in water allowing the generation and the optical control of microbubbles clouds allowed us to validate finely the reconstruction of ray histograms thanks to a nonlinear mixing technique of a high frequency with a low frequency. The potentiality of mixing two high frequencies, more interesting from an industrial point of view, has also been demonstrated. Finally, the basis of the original transposition of a nonlinear resonance spectroscopy technique applied to a cloud of bubbles has been laid, thanks to the implementation of acoustic resonators. The results obtained offer many perspectives, both from the point of view of industrial applications and from the more fundamental point of view of the understanding of the nonlinear acoustic behavior of a bubble excited by several frequencies and of a bubble cloud excited at low frequency.Le choix de la filière SFR (Sodium Fast Reactor : Réacteurs à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide), par la France conduit à la réalisation d’un prototype de quatrième génération nommé ASTRID. Le développement de ce type de réacteurs présente plusieurs défis, en particulier du point de vue de l’amélioration de la démonstration de la sûreté et de la surveillance du fonctionnement. Cette dernière passe, entre autres, par la caractérisation de l’engazement du sodium liquide (présence de microbulles de gaz). La caractérisation de l’engazement est l’objet de cette étude, elle implique la détermination du taux de vide (fraction volumique de gaz) et de l’histogramme des rayons des microbulles. Le travail bibliographique réalisé a montré que les techniques acoustiques linéaires de caractérisation des nuages de bulles ne permettaient pas de répondre pleinement à cette problématique, en revanche des pistes prometteuses ont été identifiées en étudiant les techniques acoustiques non linéaires. Cette dernière voie a par conséquent été explorée. Un banc expérimental en eau permettant la génération et le contrôle optique de nuages de microbulles nous a permis de valider finement la reconstruction d’histogrammes des rayons grâce à une technique de mixage nonlinéaire d’une haute fréquence avec une basse fréquence. La potentialité du mixage de deux hautes fréquences, plus intéressante d’un point de vue industriel, a par ailleurs été démontrée. Enfin, les bases de la transposition originale d’une technique de spectroscopie de résonance non linéaire appliquée à un nuage de bulles ont été posées, grâce à la mise en place de résonateurs acoustiques. Les résultats obtenus offrent de nombreuses perspectives, tant du point de vue des applications industrielles que du point de vue plus fondamental de la compréhension du comportement acoustique non linéaire d’une bulle excitée par plusieurs fréquences et d’un nuage de bulles excité à basse fréquence