Le stage se déroulera au sein du Laboratoire d'Étude de la Physique du Corium (LEPC). Le LEPC est l'un des deux laboratoires de recherche situés à Cadarache et rattachés au Service des Accidents Majeurs (SAM), au sein de la Direction de la recherche et de l'expertise en sûreté (DiRES). Le SAM mène des expertises de sûreté et des études concernant les situations accidentelles pouvant conduire à des rejets radioactifs et réalise des recherches visant à améliorer les connaissances sur les phénomènes mis en jeu lors de ces situations dans les installations nucléaires (réacteurs de puissance, réacteurs expérimentaux, réacteurs de propulsion navale, piscines de désactivation du combustible, installations du cycle et nouveaux réacteurs). Dans ce cadre, le SAM développe notamment le système de logiciels ASTEC (Accident Source Term Evaluation Code) qui permet de simuler l'ensemble des phénomènes qui interviennent au cours d'un accident majeur, depuis l'événement initiateur jusqu'au rejet de produits radioactifs (dit "terme source") à l'extérieur de l'enceinte de confinement. Le logiciel ASTEC est l'outil de simulation d'accidents graves de référence en Europe. Il est également utilisé par un nombre croissant d'organismes hors Europe (Canada, Chine, Singapour, Ukraine, Corée du sud, etc.).

Le module CESAR du logiciel ASTEC permet de modéliser le comportement thermohydraulique de circuits utilisant de l'eau ou du sodium comme fluides caloporteurs. Dans le contexte du développement de réacteurs nucléaires innovants refroidis au plomb ou à l'alliage eutectique plomb-bismuth (LBE, Lead-Bismuth Eutectic), il est pertinent d'étendre ses capacités à ces nouveaux fluides. Cette évolution contribuera à étendre le domaine d'application d'un code de référence pour l'étude de la sûreté des réacteurs nucléaires innovants.
L'objectif du stage est d'étudier et d'implémenter les propriétés thermophysiques du plomb et du LBE dans CESAR. Le travail s'appuiera sur la bibliothèque open source lbh15 [1, 2] et sur les données et corrélations du rapport de référence de l'OCDE [3]. Une attention particulière sera portée au choix des corrélations, à leur domaine de validité et à leur compatibilité avec ASTEC.
Une première étape consistera à identifier les propriétés nécessaires aux modèles thermohydrauliques et à les intégrer en respectant les conventions, unités et contraintes numériques du code. Les références disponibles concernent principalement la phase liquide, alors que CESAR requiert également des propriétés pour la phase gazeuse. Dans un premier temps, une approche simplifiée pourra être retenue, en utilisant les mêmes propriétés pour les deux phases et en prenant en compte la chaleur latente de vaporisation. Selon les résultats obtenus, une évolution vers une formulation à un seul fluide pourra ensuite être étudiée.
Des cas tests élémentaires permettront de vérifier la cohérence des propriétés implémentées et leur évolution avec la température, ainsi que leur bonne intégration dans CESAR.
Une recherche bibliographique permettra ensuite d'identifier les installations expérimentales et les données disponibles pour la validation des écoulements de plomb et de LBE. Des premiers calculs seront réalisés sur des configurations simples issues de la littérature. Les lois de fermeture actuellement utilisées pour le sodium pourront être évaluées dans un premier temps afin d'identifier les écarts éventuels avec les données de référence et les modèles nécessitant une adaptation. Ce travail permettra de dégager des perspectives pour la validation de CESAR et son application aux réacteurs refroidis aux métaux lourds.
Références
[1] lbh15 – Open-source library for lead and lead-bismuth eutectic properties, Newcleo Dev Team, GitHub : https://github.com/newcleo-dev-team/lbh15
[2] Ottino et al. (2024). lbh15: a Python package for standard use and implementation of physical data of heavy liquid metals used in nuclear reactors. Journal of Open Source Software, 9(96), 6383. https://doi.org/10.21105/joss.06383
[3] OECD/NEA (2015). Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermal-hydraulics and Technologies.

Étudiant en Master 2 ou dernière année d'école d'ingénieur spécialisé en mécanique des fluides, énergétique, physique numérique ou génie nucléaire.
Des compétences en programmation (Python, C/C++) et en simulation numérique sont nécessaires.

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