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| - In the nuclear industry, the drying of nuclear fuel before it is transported or stored is a necessary step. This drying prevents any risks associated with the presence of residual water. Indeed, even in small quantities, water can be responsible for the formation of H2 by radiolysis. It can also cause corrosion of the enclosure or pressure rise by its vaporization. In the process of Orano, the loading of fuel rod in the canister used for the transport or storage takes place in immersion in the pool containing the used fuel. Once the water was drained, the canister is vacuumed, this pressure drop causing the vaporization of the residual water. The understanding of the phenomena involved in this vacuum drying, in particular the coupled heat and mass transfers, was identified as one of the keys to optimize this step. The main objective of this thesis is to observe, understand and quantify heat and mass transfer phenomena under conditions similar to those of the Orano process. To achieve these objectives, two complementary approaches are developed. First, an ad hoc test bench allowed to observe and quantify the influence of parameters (pressure, temperature, evaporation area, volume of water) on the evaporations rates and evaporation coefficients obtained. Secondly, an original model was developed with the COMSOL software. These numerical simulations allowed ranking the predominant phenomena according to the procedure chosen for drying.
- Dans le secteur de l’énergie nucléaire, le séchage des matériaux irradiés (combustible usagé, déchets métalliques, …) avant son transport ou stockage est une étape nécessaire. Ce séchage permet d’éviter tous risques liés à la présence d’eau résiduelle. En effet, même en faible quantité, l’eau peut être à l’origine de la formation d’hydrogène par radiolyse. Elle peut également provoquer une corrosion des matériaux présents (l’enceinte de confinement, la gaine du combustible, …) ou encore une montée en pression par sa vaporisation. Dans le procédé mis en œuvre et préconisé par Orano, le chargement du contenu radioactif dans l’emballage qui servira au transport a lieu sous eau dans la piscine contenant le combustible usé. Une fois vidangée de son eau, l’emballage est mis sous vide primaire, cette baisse de pression provoque la vaporisation de l’eau résiduelle. La compréhension des phénomènes mis en jeu lors de ce séchage à basse pression, notamment les transferts de chaleur et de masse, a été identifiée comme un des verrous à l’optimisation de cette étape. Aussi, l’objectif principal de cette thèse est d’observer, comprendre et quantifier les phénomènes de transfert de chaleur et de masse dans des conditions opératoires similaires à celles du procédé Orano. Pour atteindre ces objectifs, deux approches complémentaires ont été mises en place. Dans un premier temps, un banc d’essai ad hoc a permis d’observer et de quantifier l’influence de paramètres (pression, température, surface d’évaporation, volume d’eau) sur les débits d’évaporation et coefficients d’évaporation obtenus. Pour aller plus loin dans la compréhension de ces observations, un modèle original a été développé sous le logiciel COMSOL. Ces simulations numériques ont permis de hiérarchiser les phénomènes prédominants suivant le mode opératoire choisi pour le séchage.
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