Contexte :
Le sodium est un métal alcalin, utilisé comme fluide caloporteur, pour différentes
applications dans le domaine de l’énergie (nucléaire : RNR-Na, centrales solaires…). Il est mis en œuvre dans des circuits, sous forme liquide, et permet, de par ses excellentes propriétés thermiques, d’emmagasiner et de véhiculer de l’énergie générée sous forme de chaleur. Néanmoins, différentes impuretés sont susceptibles de polluer le sodium. En particulier, il s’agit de l’oxygène, issu des ouvertures de circuit ou d’introduction de nouvelle structures métalliques, et de l’hydrogène. En fonction des applications recherchées, la présence de ces espèces peut être problématique ; en particulier, la présence d’oxygène peut générer à très haute température de la corrosion au niveau des structures métalliques. Par ailleurs, si la limite de solubilité est atteinte, la formation de dépôts solides (Na2O, NaH) dans les points froids d’un circuit n’est pas acceptable.

Pour ces différentes raisons, des dispositifs de purification appelés pièges froids ont été développés ; ils permettent de contrôler la teneur en oxygène et en hydrogène dans le sodium par abaissement de la température du sodium. Les mécanismes de piégeage sont basés sur la cristallisation sous forme de cristaux solides d’oxyde et d’hydrure de sodium (Na2O, NaH). De nombreuses études expérimentales ont été conduites au CEA afin d’établir les cinétiques de nucléation / croissance des impuretés pré-citées. Plus récemment, des travaux de recherche ont été entrepris afin de développer un modèle numérique ; l’objectif est de disposer d’un outil validé permettant de simuler le remplissage d’un piège froid, prédire son efficacité et d’en optimiser la conception. Cet outil intègre de nombreux phénomènes, tels que les transferts thermiques et de matière, l’hydrodynamique et la nucléation et croissance des cristaux via des lois cinétiques.

Travail demandé :
Le stagiaire sera amené à réaliser des calculs sur une géométrie industrielle afin de valider le pré-dimensionnement existant, notamment en terme de capacité de
piégeage et d’efficacité, d’étudier par simulation l’influence de plusieurs paramètres, dont la densité du garnissage (support à la cristallisation), le temps de séjour moyen du sodium dans l’appareil… Et, enfin, simuler le remplissage du piège au cours du temps afin de prédire sa durée de vie.

Pour se faire, le stage se déclinera en plusieurs axes :
• Compréhension du problème, identification des lois physiques et mise en équations,
prise en main du logiciel COMSOL Multiphysics ;
• Étude paramétrique,
• Réalisation d’un calcul appliqué à une géométrie industrielle,
• Proposition de voies d’optimisation de l’outil ANAIS, perspectives.

Stage de fin d'année BAC + 5, orienté génie chimique, procédés.

Le candidat doit avoir des connaissances en transfert de matière, dynamique des fluides, modélisation et simulation numérique.

Le CEA est un acteur engagé dans l’accueil, l’insertion et le maintien dans l’emploi des salariés en situation de handicap. Ainsi, si vous le souhaitez, vous pouvez également joindre tous documents justifiants de votre situation de handicap (RQTH, carte mobilité inclusion, pension d’invalidité, etc.).