Thèse Interaction Fluide-Structure dans un Réseau de Solides Élancés en Milieu Confiné 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/STMF - Service de Thermohydraulique et de Mécanique des Fluides Direction de la thèse : Vincent FAUCHER ORCID 0000000197156236 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Dans le cadre de l'étude des déformations progressives des assemblages combustibles au sein des coeurs de REP, le CEA a développé deux outils de simulation. Le premier, Phorcys [1], permet de calculer l'écoulement du caloporteur dans et autour des assemblages légèrement déformés à l'aide d'un réseau de pertes de charges paramétriques, puis d'en déduire les forces fluides qui s'appliquent sur les structures. Le second, DACC [2], traite le comportement thermomécanique sous irradiation et l'interaction des assemblages entre eux lors des cycles de puissance, au travers d'une simulation éléments finis. L'interaction fluide-structure est enfin traitée grâce au couplage numérique de ces deux outils, au sein duquel des incertitudes peuvent être propagées et analysées [3].
Le programme de relance du nucléaire (SMR, réacteurs de 4ème génération, PN etc.) est pourvoyeur de nouvelles technologies ainsi que de nouvelles topologies de coeur et d'assemblages combustibles qu'il convient de pouvoir analyser sous l'angle des risques associés aux déformations quasi-statiques des assemblages en coeur. Dans un double souci de capitalisation et d'extension des possibilités de simulation, on souhaite rendre ces deux outils capables de traiter les écoulements et les déformations de structures élancées de manière plus générique afin de couvrir efficacement et rapidement un large panel de technologies nucléaires.
Pour ce faire, il conviendra d'identifier, classifier, puis modéliser de manière réduite, quoique prédictive, les principales structures d'écoulement qui peuvent avoir cours au sein d'un volume fluide encombré de structures élancées à forte surface d'échange. Le modèle hydraulique complet du coeur sera ainsi créé par concaténation de modèles élémentaires respectant des conditions strictes d'interfaçage. Une méthode d'analyse de l'écoulement global obtenu permettra alors la quantification du champ de force contribuant aux déformations. Une logique similaire de classification et de changement d'échelle serait également mise en oeuvre en ce qui concerne l'évaluation des déformations réversibles et irréversibles d'une structure élancée, soumises à des efforts extérieurs et à des irradiations sévères. Une difficulté est que la topologie fine d'un assemblage combustible peut présenter des non-linéarités aux petites échelles qui se propagent en partie à l'échelle macroscopique. In fine, on devra mettre en oeuvre un couplage partitionné, robuste et à coût maîtrisé, entre l'écoulement du caloporteur et ces structures individuelles, qui se déforment et interagissent dans un environnement contraint.
Le cadre de modélisation ainsi construit permettra d'étudier les déformations progressives d'assemblages et les risques associés pour un spectre large de technologies de réacteurs nucléaires.
Encadrement : B Leturcq + S de Lambert
Direction : V. Faucher
Profil : ingénieur mécanicien
Outils : Python & Castem (éventuellement Manta)
[1] Stanislas De Lambert. Contribution to the multiphysical analysis of fuel assembly bow. PhD thesis, Université Paris-Saclay, 2021. Identifiant : 2021UPAST035.
[2] Bertrand Leturcq. Réduction de modèles thermomécaniques non-linéaires pour l'évaluation des déformations d'un coeur de réacteur nucléaire. Thèse de doctorat, Institut Polytechnique de Paris, Mai 2022.
[3] Ali Abboud. Uncertainty quantification applied to fuel assembly deformation in a pressurized water reactor. PhD thesis, Institut Polytechnique de Paris, Octobre 2025.
Le programme de relance du nucléaire (SMR, réacteurs de 4ème génération, PN etc.) est pourvoyeur de nouvelles technologies ainsi que de nouvelles topologies de coeur et d'assemblages combustibles qu'il convient de pouvoir analyser sous l'angle des risques associés aux déformations quasi-statiques des assemblages en coeur. Dans un double souci de capitalisation et d'extension des possibilités de simulation, on souhaite étendre et enrichir des outils existants mono-filière pour leur permettre de traiter les écoulements et les déformations de structures élancées de manière plus générique afin de couvrir efficacement et rapidement un large panel de technologies nucléaires. Simulation couplée fluide-structure de l'évolution de la déformation des assemblages en coeur à base de briques logicielles et de modèles réduits génériques pour fluide et structure afin d'accélérer les cycles d'analyse dans un contexte multi-filières. Pour ce faire, il conviendra d'identifier, classifier, puis modéliser de manière réduite, quoique prédictive, les principales structures d'écoulement qui peuvent avoir cours au sein d'un volume fluide encombré de structures élancées à forte surface d'échange. Le modèle hydraulique complet du coeur sera ainsi créé par concaténation de modèles élémentaires respectant des conditions strictes d'interfaçage. Une méthode d'analyse de l'écoulement global obtenu permettra alors la quantification du champ de force contribuant aux déformations. Une logique similaire de classification et de changement d'échelle serait également mise en oeuvre en ce qui concerne l'évaluation des déformations réversibles et irréversibles d'une structure élancée, soumises à des efforts extérieurs et à des irradiations sévères.

Ingénieur mécanicien. Connaissances en modélisation non-linéaire pour les fluides et les structures recommandées. Notions de mathématiques appliquées et de programmation souhaitables.