Présentation

Durée : 3 ans

Contexte

Les réacteurs des centrales nucléaires d’EDF sont refroidis, en partie ou en totalité, par de l’eau puisées dans le milieu naturel. Chaque centrale est ainsi équipée d’un chenal d’amenée d’eau qui se termine par des ouvrages de filtration interdisant l’entrée d’éventuels débris (algues, plantes aquatiques, etc.) nommés colmatants. Or, lors de certains événements on constate l’arrivée massive de colmatants végétaux. S’ils s’accumulent sur une grille ils peuvent déterminer une perte de charge importante diminuant le débit d’eau à travers la grille : on risque alors de devoir arrêter un ou des réacteurs si le débit de refroidissement descend en-dessous d’un certain seuil.

Parmi les travaux conduits à EDF R&D sur ce sujet figurent des analyses théoriques et des essais en canaux expérimentaux (Violeau et al., 2023). Lorsque le matelas de végétaux colmatants est de forte épaisseur, modéliser la perte de charge résultante est difficile, car l’eau s’écoule dans un milieu poreux végétal complexe et à la porosité élevée ; le modèle classique de Darcy (1856) échoue alors à prédire l’écoulement.

L’objet de cette thèse est de contribuer au développement d’un modèle numérique capable de modéliser le comportement d’une veine d’eau tridimensionnelle à surface libre coulant dans un chenal obstrué par une grille en partie colmatée de végétaux. Ce travail doit permettre à l’ingénierie d’EDF de mieux comprendre les risques liés à ce type d’événements. A noter que ce sujet est scientifiquement très innovant, puisqu’il n’existe pratiquement pas de publication sur cette application précise des sciences relatives aux milieux poreux (voir toutefois Follett et al., 2020).

Projet de contenu scientifique

La thèse comporte essentiellement deux volets : numérique et expérimental. La partie expérimentale se fera en partie dans les locaux d’EDF R&D à Chatou, en partie (très probablement) à l’IMFT Toulouse. Les développements théoriques se feront dans le logiciel Code_Saturne développé par EDF R&D en open-source et sous assurance qualité. On suivra le programme prévisionnel suivant :

-          Bibliographie sur les situations d’ingénierie concernées, sur le devenir des végétaux naturels dérivant dans les rivières (et éventuellement en mer), sur la physique des écoulements en milieux poreux complexes, etc.

-          Prise en mains de Code_Saturne, notamment de son module d’écoulements diphasiques en milieux poreux (responsable EDF : Jérôme Bonelle).

-          Définition d’un premier cas schématique à partir des expériences effectuées par EDF R&D en 2021, et tentative de reproduction avec Code_Saturne.

-          Participation à des essais expérimentaux permettant de déterminer les caractéristiques poreuses (porosité, conductivité hydraulique, etc.) de différents matelas végétaux, en faisant varier le type de plantes, leur compaction et éventuellement leur dégradation.

-          Elaboration d’un modèle théorique plus sophistiqué que l’existant de Code_Saturne, implémentation et validation sur le cas schématique.

-          Validation du modèle sur au moins un cas réaliste avec la topographie de l’ouvrage de prise d’eau d’un site nucléaire EDF.

Les résultats devront donner lieu à des publications de revues (Journal of Hydraulic Research, Coastal Engineering, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, par exemple) et à des présentations dans des congrès internationaux (AIRH : Association Internationale de Recherches et d’ingénierie Hydro-environnementales, ICCE : International Conference on Coastal Engineering, notamment).

Modalités et financement

La thèse sera financée sous le régime CIFRE opéré par l’ANRT (Agence Nationale de la Recherche et de la Technologie) et prendra place dans un premier temps dans les locaux du LNHE et du LHSV (à Chatou (78), près de Paris, sur le site d’EDF R&D), puis dans les locaux de l’IRPHE à Marseille (13). Elle se fera sous la direction scientifique de Damien Violeau, chercheur senior EDF & LHSV et professeur à l’Ecole des Ponts ParisTech, et de Gérald Debenest, chercheur et professeur à l’IMFT Toulouse (partenariat à établir, accepté oralement). L’équipe encadrante comprendra également au moins Kamal El Kadi Abderrezzak, chercheur expert EDF et LHSV, Jérôme Bonelle (chercheur EDF) ainsi qu’un technicien spécialiste de l’hydraulique expérimentale à EDF R&D. Ce travail devrait débuter à l’automne 2023 et s’étendre sur trois ans.

Le (la) doctorant(e) sera rémunéré(e) par EDF, environ 2600 euros bruts mensuels (en fonction du diplôme). Les candidat(e)s doivent contacter Damien Violeau (voir coordonnées ci-dessous) en joignant un CV et une courte lettre de motivation. On demande une bonne connaissance de la mécanique des fluides, un bon sens physique, de la motivation et le goût de travailler dans une petite équipe scientifique. Les candidat(e)s doivent être prêt(e)s à utiliser de manière quotidienne des logiciels de simulation et à y programmer, mais aussi à faire des calculs théoriques si besoin est, et de participer à des expériences en laboratoire de mécanique des fluides.

Références

Darcy, H. (1856), Les fontaines publiques de la ville de Dijon, Dalmont, Paris.

Follett, E., Schalko, I., Nepf, H. (2020), Momentum and energy predict the backwater rise generated by a large wood jam, Geophys. Res. Lett. 47(17):1–10.

Violeau, D., El Kadi Abderrezzak, K., Buvat, C., Gueguen, N., Castro-Orgaz, O., Cicero, G.-M. (2023), Steady free-surface flow in a rectangular patch of aquatic vegetation, J. Hydr. Res. (soumis).