Magnétohydrodynamique diphasique

L’équipe de recherche poursuit depuis maintenant plusieurs années une collaboration fructueuse avec le CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) sur la question des couplages entre l’hydrodynamique diphasique de liquides métalliques et l’induction électromagnétique. Le premier champ d’application concerne la métrologie et l’instrumentation de boucle de sodium liquide. Le second champ d’application concerne les accidents nucléaires graves (fusion du cœur comme à Fukushima), plus particulièrement la question de l’interaction du corium avec le béton du radier qui correspond à la dernière barrière de protection.

Concernant le premier axe, l’objectif est de caractériser des inclusions électriquement isolantes présentes dans un écoulement de liquide métallique. Pour assurer les bonnes propriétés neutroniques et thermiques du sodium liquide dans les réacteurs à neutrons rapides, il est essentiel de pouvoir contrôler la présence de bulles de gaz. Ces bulles sont généralement de l’ordre de quelques microns, mais peuvent atteindre le millimètre et les taux de vide sont faibles (inférieur à 0.01%). Des mesures par débitmètre à courants de Foucault (ECFM) ont montré que la présence de bulles peut ainsi être détectée. Toutefois, aucune modélisation de l’effet des bulles sur la réponse de l’ECFM n’a été proposée. En particulier, la résolution du problème inverse consistant à remonter, depuis la mesure, jusqu’à la taille des bulles et au taux de vide reste ouverte, et fait actuellement l’objet d’études dans l’équipe.

Un second axe relatif à ce thème porte sur le problème de la magnéto-convection diphasique d’un bain de corium. Des simulations expérimentales du CEA de l’interaction béton-corium par le chauffage inductif d’une phase oxyde contenant une phase métallique ont montré que la phase métallique se dépose en film sur les parois de béton.  Ce comportement inexpliqué nécessite de mieux comprendre les phénomènes de transferts de base dans le corium. Des premiers résultats de simulation numérique de l’écoulement dispersé dans une boite périodique de particules chauffées par effet Joule dans un champ magnétique ont montré que trois régimes de dynamique collective des inclusions peuvent être mis en évidence lorsqu’on varie la fraction volumique de la phase métallique.

Figure : (droite) Courbe maîtresse de la réponse d’un ECFM, Rb et h rayon et profondeur de l’inclusion, Ua tension adimensionnelle (courbe solide : modèle ; symboles : expérience ; du jaune au vert, la fréquence augmentent). (gauche) : résultat de simulations numériques de l’écoulement induit par chauffage Joule de particules métalliques dans un champ magnétique : effet du nombre de particules Np sur la distribution de leur concentration en fonction de la hauteur z dans la boite.