Algorithmes de couplage entre neutronique, thermohydraulique et thermique.

L'idée générale motivant la représentation multiphysique d'un système quelconque est de décrire son état de la manière la plus fidèle possible. Cela passe par la prise en compte des dépendances et contre-réactions existantes entre les différentes disciplines physiques en jeu : ces dernières sont en effet généralement traitées de manière découplée. Cette approche, centrée sur un seul problème physique, introduit des simplifications dans les modélisations et peut limiter la représentativité des résultats obtenus. En physique des réacteurs, l'objectif de ce type de simulations multiphysiques est avant tout d'améliorer la précision des études de sûreté qui sont effectuées au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) ou par EDF par exemple. Concrètement, la mise en place de modélisations multiphysiques doit permettre d'augmenter leur précision ainsi que la confiance placée dans leurs résultats, autorisant ainsi à choisir des marges de sûreté moins contraignantes que celles, conservatives, obtenues à partir de modélisations simplifiées. Il s'agit par exemple de rendre compte des aspects neutroniques, thermohydraulique et thermomécanique d'un cœur de réacteur.L'approche la plus simple pour réaliser ce type de modélisation consiste à faire communiquer des solveurs monophysiques distincts et préexistants, chacun rendant compte d'une partie du problème global. On parle alors de couplage en boîtes noires. Ce type de simulations souffre de limitations en termes de stabilité et de robustesse. Par ailleurs, elles s'accompagnent généralement de temps de calcul importants.L'objectif de cette thèse est d'explorer les méthodes de couplage envisageables entre des solveurs de neutronique et de thermohydraulique, dans le cadre de la modélisation de l'état stationnaire d'un cœur de réacteur à eau pressurisée. Une attention particulière est portée à la généricité des algorithmes de couplage étudiés. On s'intéresse également à leur capacité à accélérer la convergence du problème multiphysique ainsi qu'à minimiser le nombre d'itérations monophysiques effectuées par chacun des solveurs.Après une introduction aux différentes physiques rentrant en jeu dans la description d'un cœur de réacteur ainsi qu'une présentation des algorithmes de couplage usuels entre neutronique, thermohydraulique et thermique, on s'intéresse dans un premier temps à l'optimisation d'un couplage en boîtes noires entre le solveur de neutronique, Apollo3®, et le solveur de thermohydraulique et thermique, Thedi. L'intérêt de la convergence partielle et des méthodes de type Residual Balance pour limiter le temps de calcul total est prouvé. On propose une nouvelle variante de l'Adaptive Residual Balance, la méthode du Dynamic Residual Balance, qui ne nécessite pas d'étape d'optimisation préalable pour garantir son efficacité. On a ensuite implémenté l'accélération d'Anderson dans le solveur neutronique pour accélérer sa convergence. Cela rend envisageable la mise en place de couplages avec convergence fine. Finalement, on a proposé une approche de couplage hybride, plus intrusive, permettant de garantir la cohérence physique entre les différents champs physiques intervenants dans ce problème multiphysique. Cela se traduit par un gain en termes de vitesses de convergence multiphysique et monophysique par rapport aux couplages en boîtes noires.Dans la dernière partie de cette thèse, on cherche à expliquer les différences en termes de vitesses de convergence observées selon la méthode de couplage retenue. On s'intéresse pour cela au cas analytique d'une plaque infinie en une dimension. Cela nous a permis d'apporter des éléments de compréhension quant aux différences observées entre les couplages en boîtes noires et les couplages hybrides. De plus, on a pu démontrer le lien entre convergence partielle du solveur neutronique et introduction d'un facteur de relaxation multiphysique.