Effet d'hétérogénéités structurelles sur les écoulements de fluide à travers une paroi en béton armé // Effect of structural heterogeneities on fluid flow through a reinforced concrete wall

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 œuvre 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.
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The containment building is the third safety barrier in nuclear power plants. Its role is to protect the environment in the event of a hypothetical accident by limiting releases to the environment. Its function is therefore closely linked to its tightness, which it must maintain throughout its operating life. Traditionally, the estimation of the leakage rate is based on a good knowledge of the hydric state and potential mechanical disorders, associated with transfer laws (such as permeability) in a chained (thermo-)hygro-mechanical simulation approach. While the mechanical behaviour of the structure is now generally well known, using advanced simulation tools, progress is still needed to improve the understanding and quantification of flows. This is particularly the case in the presence of heterogeneities (cracks, honeycombs, reinforcement, cables, etc.), all of which can locally disrupt permeability. This is the context of the proposed thesis topic. The aim is to improve the understanding and representation of flows through a reinforced concrete structure using an approach that combines experimental tests and modelling. An initial analysis will be used to define an optimised experimental design based on several configurations (leak paths, type of flow, temperature, saturation, etc.), which will then be implemented during the thesis. The results will be analysed in order to characterise empirically the influence of the leakage path on the macroscopic laws classically used (Darcy's law). A more refined simulation approach will then be developed, based on the finite element method. The aim will be to reproduce the experimental results and extend them to the behaviour of containment vessels, thereby improving the modelling tools currently available.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement public/privé

Financement du CEA - CTBU (Contrat de thèse sur budget unité)*

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

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)
M2 Research or Engineer in Mechanics and/or civil engineering. Knowledge of fluid mechanics. Taste for both experimental (first half of the thesis) and numerical (second half) approaches.