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Thèse R. Guichou - 30 avril

5 avril

Étude des perturbations du champ électromagnétique par un écoulement de métal liquide contenant une inclusion isolante

Soutenance de thèse Rafael Guichou

Mardi 30 Avril à 10 h 30 - Salle des thèse ENSEEIHT (2 rue Camichel 31000 Toulouse)

Résumé :

Cette thèse se situe dans le cadre de la conception du réacteur nucléaire à caloporteur sodium ASTRID, actuellement à l’étude au CEA Cadarache. La mesure de vitesse du sodium liquide dans les boucles primaire et secondaire, ainsi que la détection de bulles, en cas de fuite par exemple, représentent un enjeu majeur pour le contrôle et la surveillance en fonctionnement du réacteur. Le caractère conducteur électrique du sodium liquide permet d’envisager l’utilisation de débitmètres à courants de Foucault, ou ECFM (pour \textitEddy Current Flow Meter) pour répondre à ces fonctions.

Une précédente thèse réalisée par Mitlesh Kumar a permis de découpler le signal mesuré à l’ECFM relatif à la vitesse du métal, de celui relatif à la présence d’hétérogénéités dans le métal (telles que des bulles). L’objet de la présente thèse est de caractériser expérimentalement et analytiquement les effets de la vitesse et de la présence d’une inclusion isolante sur le signal mesuré, à partir d’écoulements \enquotemodèles. Cette approche, complémentaire avec un certain nombre d’études en écoulement \enquoteréel recensées dans la littérature, a pour objectif d’apporter un outil de compréhension physique au système.

Deux dispositifs expérimentaux en métal liquide (galinstan) sont réalisés. Le premier dispositif représente un écoulement de galinstan en conduite cylindrique avec un champ de vitesse uniforme (écoulement piston), contenant une inclusion rigide électriquement isolante simulant une bulle. Le second dispositif expérimental est un écoulement en conduite de galinstan \enquoteréel en l’absence d’inclusion. Les paramètrescontrôlés sont la vitesse débitante du métal liquide (de 0.01 à 1 m/s), la taille et la position de l’inclusion (rayon entre 1 et 2.5 mm, profondeur entre 3 et 6 mm) et la fréquence (de 0.5à 20 kHz). Le rayon de la conduite vaut 12.5 mm, et l’épaisseur de peau varie entre 2.4 et15.3 mm sur cette plage de fréquence. Deux modèles théoriques, basés sur la résolution de l’équation d’induction du potentiel vecteur, sont en outre développés pour déterminer les effets de la vitesse et les effets de la présence de l’inclusion sur le signal mesuré.

Dans les deux expériences, il est montré que le signal mesuré relatif à la vitesse du métal varie linéairement avec la vitesse et est maximal à une certaine fréquence ($f \approx 2$ kHz ici). Ces résultats correspondent à ceux du premier modèle théorique et montrent un bon accord avec la littérature. Dans la première expérience par ailleurs, le passage de l’inclusion à travers l’ECFM se manifeste par une oscillation du signal mesuré. Le comportement de l’oscillation est correctement décrit par le second modèle théorique dans la limite des basses fréquences (juqu’à 2 kHz) : l’amplitude de l’oscillation est alors proportionnelle au volume de l’inclusion et suit une loi de puissance en $f^2$. Aux hautes fréquences, il est montré que l’amplitude et le déphasage dusignal mesuré relatif à la présence de l’inclusion sont impactés de manière importante par la taille et la profondeur de l’inclusion. Un début de méthode inverse est développé à partir de ce résultat, pour déterminer la taille et la position de l’inclusion.

Composition du jury :

  • Laurent DAVOUST (rapporteur),
  • Dominique LESSELIER (rapporteur),
  • Thomas BOECK (membre du jury),
  • Nathalie RAVEU (membre du jury),
  • Kévin PAUMEL (invité),
  • Philippe TORDJEMAN (directeur de thèse),
  • Wladimir BERGEZ (co-directeurde thèse) et
  • Rémi ZAMANSKY (co-directeur de thèse)