Plateforme expérimentale THEMA

L’installation MIDI (Maquette Instrumentée pour l'étude du Dénoyage des pIscines de combustibles) permet d’étudier la thermohydaulique d’une piscine d’entreposage dans des conditions représentatives des premières phases d’un accident de perte de refroidissement (montée en température, ébullition/évaporation/flashing, baisse du niveau et reprise éventuelle du refroidissement).

Echelle de la piscine 

• Environ 1/6^ème de la surface et 1/3 de la hauteur d’une piscine de réacteur 900MW soit une section de 2,1 x 1,4 m et une hauteur d’eau de 1 à 4,5m

Zone de chauffage

• 3 x 7 alvéoles représentant 21 assemblages

• Puissance ajustable par alvéole de 0 à 50 kW

• Puissance totale : 25 kW à 300 kW

Température de fluide

• 20°C à 110 °C

Principale Instrumentation 

• Mesures de température réparties dans l’ensemble de la section

• Mesure de température de la surface libre

• Mesures de niveau tassé et gonflé

• Débit et perte de charge dans les alvéoles

• Qualité de l’eau : oxygène dissous et conductivité

• Taux de vide en sortie des alvéoles

• Visualisation du panache d’eau chaude et des bulles associées

Lors d’un accident de perte de refroidissement d’une piscine d’entreposage de combustible usé, le découvrement partiel ou total des assemblages peut conduire à une forte augmentation de la température et à la dégradation du combustible. L’utilisation de l’aspersion d’eau pour refroidir la partie dénoyée des assemblages est étudiée, afin de déterminer son efficacité comme moyen de mitigation pour maîtriser la progression de l’accident.

L’installation ASPIC permet d’étudier les phénomènes thermo-hydrauliques qui se produisent à l’échelle d’un assemblage et de l’efficacité d’une aspersion d’eau dans une situation d’assemblages partiellement ou totalement dénoyés. Les principales caractéristiques d’ASPIC sont :

• Assemblage 17 x 17 pleine échelle (environ 4m)

• Crayons chauffants (jusqu’à 80 kW)

• Tmax : 600°C

• Système d ’aspersion (débit de 5 à 300 g/s, température de 20 à 90°C)

• Instrumentation : thermocouples répartis dans la section et à l’intérieur des crayons chauffants, capteurs de pression et de ΔP, débits d’eau et de vapeur.

La plateforme THEMA dispose d’équipements pour qualifier des mesures, comme le taux de vide en sortie d’alvéole d’entreposage avec l’implémentation d’un Wire Mesh Sensor (WMS) pour déterminer la distribution 2D du taux de vide et fournir des données expérimentales sur la taille des bulles.

Le dispositif TREFLE permet d’étudier l’interaction fluide-structure en mesurant les vibrations et efforts mécaniques induits par un écoulement diphasique.

Les conditions expérimentales sont :

• Ecoulement diphasique dans un réseau de tubes
• Réponse vibratoire et efforts mécaniques
• Caractérisation  « CFD grade » de l’écoulement diphasique CFD (computational fluid dynamics) à l’aide de mesures telles que des caméras rapides, de la PIV (Vélocimétrie par Imagerie de Particules), de la LIF (Laser Induced Fluorescence), … → validation codes CFD multiphases.

Le dispositif MEDLEY est dédié à l’étude petite échelle de l’interaction fluide structure en écoulement diphasique. Cette expérience est modulaire avec un contrôle précis du flux d’air injecté et la possibilité d’adapter plusieurs techniques d’instrumentation associée. 
Elle est particulièrement adaptée à des études analytiques permettant la détermination de modèles physiques et la validation des simulations CFD associées.
Les principaux paramètres d’études de l’installation sont :

• La forme et la taille des obstacles
• Le débit d’air et gaz simulant
• La taille des bulles
• Le débit d’eau et liquide simulant.

ALCINA est une boucle thermohydraulique grande échelle dédiée à l’analyse des paramètres d’influence sur la circulation naturelle diphasique et la détermination des pertes de charges. Elle est dédiée à l’étude de l’efficacité des SACO (SAfety COndenser), systèmes passifs qui permettent d’extraire la puissance résiduelle en condition accidentelle.

La boucle ALCINA est en cours de construction et sa mise en service est prévue en 2026.

Principales caractéristiques :

• Boucle « grande échelle » : jusqu’à 12m x 7m

• Fluides : eau déminéralisée et vapeur (fluide diphasique)

• Pression max. : 20 bar (2 MPa), Température max. : 220 °C 

• Puissance max. : 300 kW.

Paramètres d’études :

• Conditions thermohydrauliques : pression, température, puissance échangée, transitoire de puissance

• Effets géométriques : diamètres de conduite, rugosités des tuyauteries, hauteurs des sources, perte de charge singulière, inclinaison des tuyauteries 

• Effets de la présence d’incondensable

• Mesures : température, pression, perte de charge, taux de vide, débit.

KoKoMo « COndensation in a COntainment MOdel facility » est une enceinte dédiée à l’étude du refroidissement par paroi froide typique des systèmes passifs de type CWC (Cold Wall Condenser). Sa géométrie et sa grande échelle permettent l’étude des mouvements convectifs et des effets couplés condensation – stratification en présence de gaz incondensables. L’utilisation de nombreuses fenêtres de visualisation permet la mise en place d’une instrumentation pour recueillir des données nécessaires aux modèles CFD.

Le dispositif KoKoMo est en cours de construction et sa mise en service est prévue en 2027.

Principales caractéristiques 

• Fluides : vapeur, air (azote) et hélium

• Pression max. : ~1.3 barg (0.13 MPa) ; Température max. : 120 °C 

• Puissance max. : 15 kW.

Paramètres d’études

• Conditions thermohydrauliques : température, débit vapeur, puissance de refroidissement, chauffage paroi cuve

• Effets géométriques : hauteur, longueur (distance cuve-enceinte), position de l’injection de vapeur, présence de structures dans l’enceinte

• Effets de la présence des gaz incondensables :  azote, hélium (pour simuler l’hydrogène).

Mesures 

• Température, pression, composition des gaz, champ de vitesse, flux thermique, débit