Thèse Effet d'Hétérogénéités Structurelles sur les Écoulements de Fluide à Travers une Paroi en Béton Armé H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : CEA/SEMT - Service des études de mécanique et thermique Direction de la thèse : Ludovic JASON ORCID 000000016018118X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Le bâtiment réacteur représente la troisième barrière de confinement dans les centrales nucléaires. Il a pour rôle de protéger l'environnement en cas d'accident hypothétique en limitant les rejets vers l'extérieur. Sa fonction est donc étroitement liée à son étanchéité qu'il doit conserver durant toute sa durée de fonctionnement. Classiquement, l'estimation du taux de fuite s'appuie sur une bonne connaissance de l'état hydrique et des potentiels désordres mécaniques, associés à des lois de transfert (comme la perméabilité) dans une démarche de simulation chaînée (thermo-)hygro-mécanique. Si le comportement mécanique de la structure est aujourd'hui globalement maîtrisé par le recours à des outils de simulation avancés, des progrès restent nécessaires pour améliorer la compréhension et la quantification des écoulements. C'est particulièrement le cas en présence d'hétérogénéités (fissures, nid de cailloux, reprise, armatures, câbles, etc.) qui représentent autant de situations pouvant perturber localement la perméabilité. C'est dans ce cadre que se place le sujet de thèse proposé. Il s'agira d'améliorer la compréhension et la représentation des écoulements à travers une structure en béton armé en s'appuyant sur une démarche combinant essais expérimentaux et modélisation. Une première analyse permettra de définir un plan d'expérience optimisé selon plusieurs configurations (chemins de fuite, type d'écoulement, température, saturation...) qui sera ensuite mise en oeuvre durant la thèse. Les résultats seront analysés afin de caractériser empiriquement l'influence du chemin de fuite sur les lois macroscopiques classiquement utilisées (loi de Darcy). Une approche de simulation plus fine sera ensuite développée, en s'appuyant la méthode d'éléments finis. L'objectif sera de reproduire les résultats expérimentaux et les étendre au comportement des enceintes de confinement, améliorant ainsi les outils de modélisation actuellement disponibles. Le bâtiment réacteur représente la troisième barrière de confinement dans les centrales nucléaires. Il a pour rôle de protéger l'environnement en cas d'accident hypothétique en limitant les rejets vers l'extérieur. Sa fonction est donc étroitement liée à son étanchéité qu'il doit conserver durant toute sa durée de fonctionnement. Classiquement, l'estimation du taux de fuite s'appuie sur une bonne connaissance de l'état hydrique et des potentiels désordres mécaniques, associés à des lois de transfert (impliquant la perméabilité [1]) dans une démarche de simulation chaînée (thermo-)hygro-mécanique [2]. Si le comportement mécanique de la structure est aujourd'hui globalement maîtrisé par le recours à des outils de simulation avancés, des progrès restent nécessaires pour améliorer la compréhension et la quantification des écoulements. C'est particulièrement le cas en présence d'hétérogénéités (fissures, nid de cailloux, reprise, armatures, câbles, etc.) qui représentent autant de situations pouvant perturber localement la perméabilité. C'est dans ce cadre que se place le sujet de thèse proposé Il s'agira d'améliorer la compréhension et la représentation des écoulements à travers une structure en béton armé en s'appuyant sur une démarche combinant essais expérimentaux et modélisation - Une première analyse permettra de définir un plan d'expérience optimisé selon plusieurs configurations (chemins de fuite, type d'écoulement, température, saturation...) qui sera ensuite mis en oeuvre durant la thèse. L'objectif sera ici de reproduire à l'échelle du laboratoire les configurations rencontrées dans une enceinte de confinement afin de mieux comprendre, et idéalement hiérarchiser, l'effet des hétérogénéités sur la perméabilité.
- Les résultats seront ensuite analysés afin de quantifier empiriquement l'influence du chemin de fuite sur les lois macroscopiques classiquement utilisées (loi de Darcy). Il s'agira notamment d'évaluer l'applicabilité des lois de type endommagement - perméabilité et le cas échéant de proposer une méthode de calibration systématique (verrou sur la définition d'un endommagement représentant une hétérogénéité).
- Une approche de simulation plus fine sera développée, en s'appuyant la méthode des éléments finis. Les enjeux porteront ici à la fois sur la représentation numérique de chaque hétérogénéité (dégradation de la rigidité locale de la structure, création explicite d'un chemin de fuite préférentiel...), la prise en compte de son influence sur l'écoulement (de complexité variable, air sec, éventuellement vapeur) et sur la validation de la méthode ainsi développée par comparaison aux résultats expérimentaux disponibles.
- Enfin, l'applicabilité des développements sera discutée à l'échelle de l'enceinte de confinement afin d'étendre les résultats obtenus à une structure réelle ou à sa maquette représentative. Il s'agira alors de proposer des améliorations des pratiques de modélisation actuellement utilisées à cette échelle, en introduisant, autant que nécessaire, une adaptation des outils méthodologiques locaux pour les rendre applicables à une structure de grandes dimensions

M2 Recherche ou Ingénieur en mécanique ou génie civil. Connaissance en mécanique des fluides. Goût à la fois pour l'approche expérimentale (première moitié de la thèse) et numérique (seconde moitié)

• Logiciels de simulation-modélisation