Ébullition dans un milieu poreux modèle surchauffé

Dans les études de sûreté des centrales nucléaires, la modélisation du “renoyage” occupe une place importante. Lors d’un accident de perte prolongée de refroidissement primaire, la dégradation des matériaux d’un cœur de réacteur nucléaire peut conduire à la formation d’un lit de débris radioactifs que l’on cherche à refroidir en y injectant de l’eau, dans une opération appelée renoyage. La compréhension des phénomènes en jeu nécessite de s’intéresser à l’ébullition intense dans un milieu poreux surchauffé. Le travail présenté ici est une étude expérimentale visant à caractériser les phénomènes d’ébullition à l’échelle du pore, afin d’affiner l’évaluation de paramètres effectifs du modèle utilisé par l’IRSN pour simuler le renoyage. Le dispositif expérimental réalisé permet de visualiser les écoulements à l’échelle du pore et d’effectuer des mesures thermiques locales dans un milieu poreux modèle bidimensionnel chauffé en masse. La section d’essai est formée de 392 cylindres de 2 mm de diamètre disposés transversalement entre deux plaques parallèles de céramique espacées de 3 mm, dont l’une transparente permet la visualisation des écoulements. Les cylindres sont des sondes thermo-résistives Pt100 présentant une double fonction : elles sont utilisées à la fois comme éléments chauffants et comme capteurs de température. La section d’essai est disposée dans un plan vertical, le liquide y est injecté par le bas à débit, pression et température d’injection réglables. Deux configurations principales ont été étudiées. Dans la première, comparable à une situation de renoyage, le liquide est injecté dans le milieu sec initialement surchauffé. Les relevés thermiques ont permis de caractériser la dynamique du renoyage et les visualisations d’observer les principaux régimes d’écoulement. Dans la seconde configuration, le milieu est initialement saturé en liquide et une puissance thermique donnée est appliquée à l’ensemble des éléments chauffants. Un cylindre particulier est alors chauffé jusqu’à l’apparition des différents régimes d’ébullition (nucléé, intense, en film). Cela permet d’établir des courbes flux-température de type Nukiyama sur un élément plongé dans un milieu poreux chauffant. Les expériences menées ont montré l’influence du taux de vide local sur les valeurs du flux minimum et du flux critique