Ce sujet de post-doctorat porte sur le développement de méthodes Monte-Carlo par lancer de rayons pour la modélisation du transfert de chaleur par rayonnement dans le cadre des accidents graves.

En partant d’un cadre logiciel abouti pour la simulation Monte-Carlo du transport de particules dans le contexte de la physique des réacteurs et la radioprotection, on cherchera à adapter les méthodes existantes à la problématique du transfert radiatif, dans un cadre de calcul haute performance.

Pour ce faire, on développera une hiérarchie d’approximations associées au transfert radiatif de chaleur qui ont pour vocation de permettre la validation de modèles simplifiés mis en œuvre dans le cadre de la simulation numérique des accidents graves des réacteurs nucléaires.

Orienté sur l’algorithmie et la performance de simulation, ce travail se veut une « preuve de principe » de la possible mutualisation logicielle autour de la méthode Monte-Carlo pour le transport de particules d’une part et le transfert de chaleur par rayonnement d’autre part.

Contexte

Le rayonnement est un mode de transfert de chaleur important dans l’étude du déroulement d’un accident grave d’un réacteur nucléaire. Pour des réacteurs de faible puissance, ce mode d’échange est d’autant plus déterminant vis-à-vis de cette séquence qu’une grande partie des matériaux dégradés du cœur reste sous forme solide (i.e., la fusion du cœur du réacteur est limitée), par exemple sous la forme d’un agglomérat de particules solides relocalisées dans le fond de la cuve.

Les codes dits « de scénario », qui simulent la séquence accidentelle complète, reposent sur des modélisations simplifiées de l’ensemble des phénomènes mis en jeu. A ce titre, le transfert radiatif de chaleur est souvent traité dans un formalisme conductif, par une approche dite de « conductivité effective ».

Dans une telle approche, le milieu hétérogène (en l’occurrence des phases solides discontinues rayonnant au travers d’une phase gazeuse) est remplacé par un milieu homogène modélisé avec une loi de Fourier.

Dans d’autres cas, le rayonnement en cavité est explicitement traité, mais sous des hypothèses fortes de surfaces grises, opaques et diffuses, rayonnant au travers d’un milieu transparent. 

Dans tous les cas, la question de la validation et/ou de la fermeture de ces modèles approchés se pose, et devient d’autant plus prégnante que le déroulement accidentel est très sensible aux choix de modélisation pour des réacteurs de faible puissance.

Dans ce cadre, des simulations de « référence » du transfert radiatif deviennent indispensables. Pour cela, comme toute équation de Boltzmann, l’équation du transfert radiatif se prête à une résolution par une approche statistique de type Monte-Carlo par lancer de rayons, introduisant peu d’approximations, mais coûteuse en temps de calcul.

Un doctorat en simulation numérique/développement de logiciels scientifiques/calcul haute performance est un prérequis.

Des connaissances relatives à la méthode Monte-Carlo  d'une part, le transfert de chaleur par rayonnement d'autre part, seraient fortement appréciées.