Investigation of catalyst deactivation in passive autocatalytic recombiners

Etude de l'empoisonnement des recombineurs auto-catalytiques passifs En cas d'accident de fusion du cœur, les gaz inflammables (hydrogène et monoxyde de carbone), issus de l'oxydation du cœur et de l'interaction du cœur fondu et le béton, peuvent atteindre des concentrations élevées pouvant provoquer des explosions susceptibles de menacer l’intégrité de l’enceinte de confinement ainsi que les équipements nécessaires pour la gestion de l’accident. Afin d'atténuer le risque lié à l'hydrogène, des recombineurs autocatalytiques passifs ont été installés dans de nombreuses centrales nucléaires. Les recombineurs sont des dispositifs qui visent à recombiner l'hydrogène par une réaction catalytique exothermique. En fonctionnement normal et en cas de scénario accidentel, ces dispositifs peuvent être exposés à divers composés volatils, gaz et aérosols présents dans l'atmosphère de l'enceinte de confinement qui peuvent provoquer une désactivation du catalyseur induisant alors un retard dans le démarrage de la recombinaison et une réduction de l'efficacité du recombineur. Cette thèse a pour objectif de caractériser les conditions de désactivation du catalyseur dans les recombineurs par différents produits. Elle vise également à améliorer les modèles mis en œuvre dans les outils numériques utilisés pour l'analyse de sûreté. Pour mieux comprendre le comportement des RAP et les mécanismes d'empoisonnement, des expériences ont été réalisées dans les installations REKO au Forschungszentrum Juelich,en Allemagne. Les campagnes expérimentales ont été dédiées aux trois produits d'empoisonnement potentiels: le monoxyde de carbone, les produits de combustion des incendies de câbles et l'huile utilisée dans les pompes primaires des centrales nucléaires. Les essais d'empoisonnement au monoxyde de carbone ont été analysés à l'aide du code SPARK, un code CFD dédié aux simulations numériques de recombinateurs catalytiques développé à l'IRSN. L'impact du monoxyde de carbone a été étudié avec des mélanges H2/CO/air. Les résultats montrent que les conditions d'empoisonnement dépendent de la fraction molaire de monoxyde de carbone, de la fraction molaire d'oxygène et de la température du catalyseur. Afin de mieux comprendre comment les produits des feux de câbles affectent le démarrage de la réaction de recombinaison, des expériences ont été réalisées. La campagne expérimentale a permis de conclure que la présence de monoxyde de carbone et le dépôt de particules dû à la pyrolyse des câbles sont les principaux mécanismes d'empoisonnement. Les essais réalisés avec des plaques catalytiques en platine, recouvertes partiellement ou totalement d’huile, montrent que la présence d’un film d’huile bloque les sites actifs du catalyseur, mais que la capacité de recombinaison peut être restaurée par évaporation de l’huile si une réaction de recombinaison est amorcée par une plaque voisine non recouverte d’huile. Les simulations réalisées avec SPARK montrent que le code est capable de prédire la désactivation par le monoxyde de carbone en bon accord avec les résultats expérimentaux. Ces expériences fournissent des données pour l'amélioration des codes numériques dans le cadre du projet AMHYCO.