LUE - Caractérisation de la dynamique d'impacts de gouttes à l'aide d'iA- application au renoyage de coeur dégradés parois

Ce projet de doctorat, financé par Lorraine University of Excellence (LUE), s'inscrit dans une collaboration entre le laboratoire LEMTA (Université de Lorraine, France) et l'équipe de recherche GOTAS de l'École d'Ingénieur de São Carlos (Université de São Paulo, Brésil), avec laquelle nous collaborons depuis 2021. Le doctorant sera inscrit à l'école doctorale SIMPPÉ de l'Université de Lorraine et sera encadré par le Prof. Michel Gradeck (UL - France), Dr Guillaume Castanet (CNRS - France) et Dr Arthur Oliveira (EESC-USP, Brésil).
La thèse porte sur l'étude du refroidissement transitoire d'un assemblage de combustible nucléaire lors de son 'renoyage' après un accident de perte de réfrigérant (LOCA). Après un tel accident, l'eau injectée dans le cœur entraîne une ébullition intense, générant de la vapeur et favorisant l'apparition d'un régime à goutte dispersées (DFFB). Bien que largement étudié, le comportement des gouttelettes dans la phase post-assèchement reste mal compris, notamment leur impact sur le transfert thermique et les marges de sécurité du réacteur. Mieux modéliser ces phénomènes est essentiel pour garantir la sureté des installations dans des conditions dégradées.
L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension et la modélisation du flux massique des gouttelettes impactant la paroi. Cela passera par trois tâches principales :
1. Constitution d'une base de données expérimentale : Une large variété d'impacts de gouttes en régime Leidenfrost sera étudiée grâce à un banc expérimental du LEMTA. Les paramètres clés (nombre de Weber, diamètre des gouttes, vitesse tangentielle) seront analysés pour comprendre l'influence de ces variables sur le champ thermique de la paroi impactée.
2. Développement d'un algorithme d'apprentissage profond : Un code de deep learning sera conçu pour identifier les caractéristiques des interactions gouttes-paroi à partir de modifications du champ thermique. Ce travail s'appuiera sur des bases de données existantes et nécessitera des données résolues en temps et en espace obtenues lors de la première tâche.
3. Application du modèle dans un régime DFFB complexe : Un nouveau dispositif expérimental sera mis en place pour observer l'impact des gouttelettes sur une paroi chauffée et revêtue de TiAlN, permettant une visualisation infrarouge des interactions. Couplée à une caméra rapide et un système de mesure des distributions de gouttelettes, cette expérimentation aidera à estimer le flux massique des gouttes à la paroi et à affiner les modèles.
Le travail de thèse prévue est le suivant :
• Année 1 : Constitution de la base de données et développement du code d'apprentissage profond en Python (via des bibliothèques open source).
• Année 2 : Mise en place du banc expérimental pour la troisième tâche et étude du flux massique des gouttes.
• Année 3 : Développement d'un nouveau modèle prédictif et rédaction des publications et du manuscrit de thèse.
Le doctorant intégrera une équipe dynamique en France et au Brésil, spécialisée dans le transfert thermique et massique. L'équipe du Prof. Gradeck, rattachée au LEMTA, est impliquée dans des programmes de recherche sur la transition énergétique et la sûreté nucléaire. L'équipe brésilienne GOTAS, dirigée par le Dr Oliveira, contribue activement à ces recherches au sein de l'École d'Ingénieur de São Carlos.
L'aboutissement de cette thèse permettra d'améliorer significativement la modélisation du refroidissement des cœurs nucléaires en situation d'APRP, avec des applications potentielles dans divers types de centrales thermiques.