Dans la conception du réacteur HEXANA, les études thermohydrauliques sont centrales pour relever le défi de la compacité apportant un gain de compétitivité via la fabrication en usine plutôt que sur site. Étudiant les écoulements et transferts thermiques du sodium liquide et des gaz, elles garantissent la fiabilité et la sûreté du système.
1/ Uniformiser l’alimentation du cœurUn enjeu majeur consiste à égaliser le débit alimentant le cœur, malgré une dissymétrie volontaire des pompes placées du même côté (image 1).Il faut aussi uniformiser les températures en sortie cœur en adaptant les débits aux puissances des assemblages combustible. Sans cela, les gradients thermiques accélèrent la fatigue des structures, notamment au-dessus du cœur, devant assurer leur fonction durant les 80 ans de fonctionnement visés. Des simulations CFD permettent d’optimiser la géométrie des composants pour limiter ces risques (image 2).
2/ Maîtriser les écoulements dans le collecteur chaudUn autre défi concerne la vitesse dans le collecteur chaud (sodium à 530 °C), à la surface libre entre le sodium et l’argon de couverture.Une vitesse trop élevée, liée à la compacité des structures autour des échangeurs de chaleur, pourrait entraîner des bulles de gaz dans le sodium (image 3) ce qui peut perturber la stabilité et le pilotage du cœur (effets neutroniques). Des modèles numériques (image 4) permettent d’optimiser l’agencement en cuve et la conception des échangeurs afin de prévenir ce risque.
3/ Protéger la cuve principaleLa cuve principale constitue la barrière de confinement, supportant le circuit primaire et le cœur. Elle doit être protégée des températures élevées afin d’éviter le fluage significatif de l’acier.La solution repose sur une circulation forcée de sodium froid (380 °C) le long de la cuve. Les études réalisées (image 5) optimisent la conception, valident les performances attendues et alimentent les études mécaniques associées.
4/ Garantir le refroidissement en situation accidentelleEn cas de défaillance des pompes, la convection naturelle prend le relais : le fluide chaud monte et le fluide froid descend, assurant une circulation et un refroidissement suffisants du cœur et du circuit primaire.Ce mécanisme, rendu efficace par les propriétés du sodium (conductivité thermique, viscosité et dilatation, voir HEXATech #2), permet un transfert thermique passif et l’évacuation de la puissance résiduelle de façon sûre.
HEXANA s’appuie sur une approche intégrée combinant calcul analytique, modélisation avancée et retour d’expérience de réacteurs comme Phénix ou Superphénix. Ces études permettent de dimensionner les structures, d’anticiper les scénarios incidentels et d’améliorer la sûreté.La phase APS a permis de dérisquer les options de conception et de confirmer la configuration retenue pour l’APD.
