Des problematiques thermo-hydrauliques du plenum superieur d'ASTRID ne peuvent etre etudies a partir du retour d'experience des reacteurs et des simulations numeriques puisque les codes de calcul ne permettent pas de modeliser ces problemes avec une confiance suffisante. Pour valider les approches numeriques et la conception d'ASTRID, il a ete identifie des besoins en maquettes experimentales. La maquette MICAS representative du plenum superieur a ete concue a cette fin. Pour valider les codes numeriques, les champs de vitesse et de temperature sont tres importants. Si la mesure de champ de vitesse par PIV est frequemment utilisee au LTHC, la methode LASER Induced Fluorescence (LIF) a necessite de developpement et mise en oeuvre. La fluorescence induite par laser consiste en l'emission spontanee de photons par les molecules d'un traceur, a la suite de l'absorption d'un rayonnement laser. Des experiences d'etalonnage de LIF a un colorant ont ete realisees pour etudier leur reponse en fluorescence. La LIF a deux colorants est tres interessante aussi. PIV et LIF a deux colorants sont appliquees sur une nouvelle installation experimentale (geometrie complexe a deux jets) concue pendant cette these afin de permettre une representative de la maquette MICAS. (l'auteur)

 Un nouveau concept d'echangeur de chaleur compact est developpe afin d'ameliorer les performances du systeme de conversion d'energie pour le reacteur ASTRID. La fabrication de geometries complexes (canaux rectangulaires millimetriques) est possible grace au procede de soudage diffusion: des toles rainurees en acier inoxydable 316L sont empilees en conteneur et soudees lors d'un cycle de Compaction Isostatique a Chaud (CIC). La problematique est alors d'obtenir des interfaces resistantes tout en limitant la deformation des canaux nuisible a l'efficacite de l'echangeur. Pour arriver au meilleur compromis, les travaux de cette these vont aider a l'optimisation des parametres pression/temps/temperature du cycle de CIC.Le premier axe de travail porte sur la simulation numerique de la deformation d'un tel echangeur lors de la CIC. L'influence des parametres numeriques (taille des elements, critere de convergence) a ete etudiee afin d'optimiser la precision et la vitesse des calculs. Les simulations ont mis en evidence l'importance des defauts d'empilements de la structure (glissements et ondulations des toles) dans l'augmentation de la deformee de l'echangeur. Puis une caracterisation mecanique poussee des toles laminees a mene a l'identification d'une loi de comportement entre 20 C a 1040 C.Le second axe porte sur la modelisation de l'evolution des interfaces lors du soudage diffusion et la prediction de la tenue mecanique de ces dernieres, l'ensemble pouvant mener a la definition d'un critere de validite des interfaces. Une etude microstructurale et mecaniques des interfaces a permis d'etablir une correlation entre la tenue mecanique d'un joint soude-diffuse et son taux de surface soudee. En effet, la disparition de la porosite residuelle est le critere principal pour obtenir de bonnes proprietes mecaniques a l'interface. Toutefois, le franchissement de l'interface par les joints de grains, est necessaire pour retrouver les proprietes des toles laminees. Un modele analytique de fermeture des porosites (Hill et Wallach) est utilise pour calculer le taux de surface soudee d'une interface en fonction des parametres du cycle de CIC en modelisant la contribution des mecanismes (visco)plastique et diffusifs (en surface et au joint). Associe a la correlation entre tenue mecanique et taux de surface soudee, il permet de proposer un outil predictif pour la tenue mecaniques des interfaces soude-diffusees.

 Une nouvelle generation de reacteurs est aujourd'hui developpee pour repondre aux enjeux economiques, environnementaux et societaux du 21e siecle. Parmi les differents concepts retenus pour creer cette quatrieme generation, les reacteurs a neutrons rapides a caloporteur sodium (RNR-Na) sont etudies dans le cadre de cette these. Ce sont les seuls reacteurs de quatrieme generation presentant deja un retour d'experience considerable en France. Afin de repondre aux objectifs de surete de cette nouvelle generation, la demarche d'etude de surete doit etre adaptee des les phases de preconception et de conception afin d'y integrer les accidents graves et ainsi identifier puis definir les moyens de limitation de leurs consequences. Ces travaux de these se positionnent dans la dynamique des travaux effectues au CEA contribuant au developpement de cette demarche de surete par l'etude et la modelisation de la phase d'expansion d'un accident grave en RNR-Na. L'objectif de la these est de realiser un outil de calcul traitant des phenomenes physiques pertinents lorsqu'un bain fondu de materiaux est surchauffe par une excursion de puissance dans le coeur entrainant la formation et la detente rapide d'une bulle de vapeur de sodium et de materiaux surchauffes. Suite a l'etude detaillee de l'etat de l'art des differentes phenomenologies presentes au cours de la phase d'expansion, des analyses dimensionnelles des processus physiques impliques sont effectuees afin d'identifier ceux qui sont preponderants. Sur la base de ces analyses, une modelisation est ensuite developpee puis integree dans un outil de calcul, dont l'objet est de determiner et de hierarchiser l'ensemble des contributions aux chargements mecaniques de la cuve d'un RNR-Na en fonction des configurations accidentelles simulees. Une etape de validation de l'outil est realisee au travers de tests a effets separes, de tests globaux a l'aide de resultats d'experiences et de resultats de calculs issus d'autres codes de calcul valides. Enfin, des etudes de conception parametriques sont menees afin de quantifier la variabilite des resultats par rapport aux choix de modelisation et aux incertitudes des scenarios et des donnees physiques