Expérimentation micromodèles d’ébullition en milieu poreux : évaluation du taux de vide

Dans les études de sûreté des centrales nucléaires, le “renoyage” occupe une place importante. En cas d’accident grave de perte de refroidissement primaire, les matériaux d’un cœur de réacteur nucléaire peuvent fondre, s’effriter, et constituer un lit de débris radioactifs qu’il convient de refroidir le plus efficacement possible. Cela est réalisé par un renvoi d'eau dans le cœur de réacteur endommagé, opération appelée renoyage. La compréhension des phénomènes en jeu nécessite de s’intéresser à l’ébullition convective intense dans un milieu poreux surchauffé. Afin de caractériser les phénomènes d’ébullition à l’échelle du pore, un modèle de milieu poreux “bidimensionnel” chauffé en masse a été conçu et réalisé à l’IMFT. La section d’essai est formée de 392 cylindres de 2mm de diamètre disposés transversalement entre deux plaques parallèles de céramique espacées de 3mm, dont l’une transparente permet la visualisation des écoulements. Les cylindres sont des sondes Pt100 présentant une double fonction : ils sont utilisés comme éléments chauffants contrôlables individuellement et comme capteurs de température. La section d’essai est dans un plan vertical, le liquide (HFE-7000, Tsat=34°C à pression atmosphérique) y est injecté par le bas à débit, pression et température d’injection réglables. Le dispositif permet ainsi de contrôler la puissance thermique des éléments chauffants, de relever la température de ces éléments, et de visualiser les écoulements. L'influence de la puissance thermique dégagée par le milieu poreux sur la courbe d'ébullition autour d'un élément chauffant a été mise en évidence : en particulier, lorsque la puissance globale dégagée par le milieu augmente, on constate une baisse du flux critique qu’un élément donné peut transmettre au liquide par ébullition convective. Le travail en cours consiste à essayer de mesurer l’évolution de ce flux critique en fonction du taux de vide local. Les visualisations des écoulements obtenues par caméra rapide sont exploitées pour déterminer par traitement d’images la fraction volumique de vapeur en fonction de la puissance thermique dégagée par le milieu. Ce traitement d’image repose sur une détection des bulles de vapeur présentes dans le milieu poreux. Les conditions de l’écoulement diphasique, bulles fortement déformées et confinées dans l’espace poral, compliquent singulièrement l’analyse des images. Une seconde cellule d’essai de géométrie identique à l’originale a été réalisée, mais où l’on injecte directement de l’air en amont de la section test, dans une configuration d’écoulement diphasique isotherme. Dans cette expérience, le débit d’injection de gaz est contrôlé et mesuré et des visualisations par ombroscopie sont rendues possibles par la nature transparente des deux parois (frontale et arrière) de la cellule d’écoulement. Les algorithmes de traitement d’images sont alors calibrés de sorte que la détermination des tailles et des vitesses de bulles soit cohérente avec le débit d’injection de gaz mesuré