Le génie nucléaire à Polytechnique Montréal
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Le génie nucléaire à Polytechnique Montréal Innovation et rayonnement G. Marleau Jeudi le 24 mai 2012 ´ Ecole Polytechnique de Montr ´ eal, 24 mai 2012 Le g ´ enie nucl ´ eaire ` a Polytechnique Montr ´ eal – 1/28
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Le génie nucléaire à PolytechniqueMontréal
Innovation et rayonnement
G. Marleau
Jeudi le 24 mai 2012
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L’IGN 1Contenu
1. L’IGN en bref
2. Laboratoire SLOWPOKE
3. Hydrogéologie et déchets nucléaires
4. Interactions fluides-structures et réacteurs nucléaires
5. Thermique des réacteurs nucléaires
6. Neutronique des réacteurs nucléaires
7. Conclusions
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L’IGN 2L’IGN en bref
L’Institut de génie nucléaire, qui fête cette année ses 42ans, gère les programmes d’étude aux cycles supérieurs engénie nucléaire et en génie énergétique de l’ÉcolePolytechnique. Les principaux programmes offerts sont
Le DESS en génie nucléaire qui s’adresseprincipalement aux professionnels oeuvrant dansl’industrie et désirant approfondir leur formation
La maîtrise recherche en génie énergétique (optionnucléaire) qui vise la formation par la recherche et quiconduit au programme de doctorat
Le doctorat en génie nucléaire
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L’IGN 3L’équipe de l’IGN est principalement constituée deprofesseurs associés à quatre différents départements etde leurs étudiants aux cycles supérieurs (environ 35)
A. Hébert, N. Mureithi et S. Étienne (génie mécanique)
J. Koclas, G. Marleau et A. Teyssedou (génie physique)
D. Blessent (civil, géologique et mines)
O. Savadogo (génie chimique)
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L’IGN 4Cette équipe ne pourrait pas fonctionner sans lacontribution exceptionnelle de
C. Chilian, responsable du réacteur SLOWPOKE etdirectrice du laboratoire SLOWPOKE
A. Tapucu et G. Kennedy, professeurs associés à l’IGN
T. Lafrance (génie mécanique) et J. P. Lévesque (géniephysique), techniciens
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L’IGN 5La recherche à l’IGN couvre plusieurs aspects du génienucléaire dont
L’analyse par activation neutronique et la production deradioisotopes en utilisant le réacteur SLOWPOKE
L’hydrogéologie et la modélisation de l’écoulement del’eau souterraine et de la migration des radionucléidesdans les milieux géologiques fracturés
L’étude numérique et expérimentale des instabilitésfluide-élastique dans les faisceaux de tubes et desvibrations de systèmes de tuyauterie soumis auxécoulements diphasiques
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L’IGN 6La thermique des réacteurs nucléaires,l’instrumentation des écoulements diphasiques etl’optimisation des systèmes énergétiques
La physique des réacteurs nucléaires
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L’IGN 7Laboratoire SLOWPOKE
L’équipement principal de ce laboratoire est le réacteurSLOWPOKE qui fut installé en 1976 et qui est l’un desquatre réacteurs de ce type encore en service au Canada
C’est le réacteur qui compte le plus d’heuresd’opération et le seul dont le coeur ait été rechargé
L’exploitation de ce réacteur est autofinancée grâce àdes activités commerciales en analyse par activationneutronique
Il est aussi utilisé pour la formation dans des cours aupremier cycle en génie physique et aux cyclessupérieurs en génie nucléaire
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L’IGN 9Les principales activités de recherche universitairesassociées au laboratoire SLOWPOKE sont
L’amélioration des techniques d’analyse par activationneutronique (C. Chilian et G. Kennedy) incluantl’autoprotection spatiale (C. Chilian)
La production d’isotopes radioactifs (C. Chilian) pour lacaractérisation de l’hydrodynamique des réacteurschimiques (J. Chaouki)
Le réacteur est aussi utilisé par des chercheurs de 9 autresuniversités
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L’IGN 10Hydrogéologie et déchets nucléaires
La gestion des déchets radioactifs est un aspect essentielde l’exploitation de l’énergie nucléaire, car une gestionsécuritaire à long terme est nécessaire pour assurer laprotection de l’environnement et de la santé humaine
L’approche générale de confinement du combustibleirradié est le stockage en couche géologique profondeet repose sur un système multibarrières (barrièrenaturelle par la roche hôte, contenant pour les grappesde combustible irradiées, etc.)
Les roches cristallines, grâce à leurs caractéristiquesfavorables, constituent l’une des formations hôtesétudiées.
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L’IGN 11Cependant le mouvement de l’eau souterraine est contrôlépar la présence de fractures et constitue donc uneproblématique majeure de la modélisation à l’échelle d’unsite. Les trois principaux axes de recherche dans cedomaine sont (D. Blessent)
1. La modélisation de l’écoulement de l’eau souterraine etla migration des radionucléides dans les milieuxgéologiques fracturés
2. Le développement de modèles hydrogéologiquesintégrant eaux de surface et eaux souterraines
3. Le développement de méthodes numériquesappliquées à l’hydrogéologie et le couplage entregéomodèles et modèles numériques
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L’IGN 12Ces travaux de recherche
Visent à fournir les données essentielles pour juger lesperformances d’un site potentiel de stockage
Sont appliqués au site d’Olkiluoto (Finlande) où unlaboratoire de recherche souterrain est actif.
Font partie intégrante d’une collaboration internationaleentre organismes académiques et privés dans le cadrede la caractérisation de sites pour le stockage dedéchets nucléaires
Sont financés par la SGDN
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L’IGN 13Interactions fluides-structures et réacteurs nucléaires
Le but des activités de recherche dans ce domaine estde développer tant les connaissances fondamentalesque les informations pratiques dont a besoin l’industriedans le domaine de l’interaction fluide-structure.
Fiber-Optic Probe in Two-Phase Flow
Instrumented Cylinders for Force Measurements
Rigid Cylinders
Test Section with Optical Probes for Detailed Two-Phase Flow Measurements
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L’IGN 14Les activités de recherche de ce groupe (N. Mureithi, S.Étienne) incluent l’étude expérimentale et théorique
Des vibrations engendrées par l’écoulement desfluides, en particulier les instabilités fluide-élastique
Des forces périodiques et aléatoires attribuables à laturbulence en écoulement diphasique
Des mécanismes d’endommagement dus auxvibrations et beaucoup d’autres sujets connexes
Une Chaire industrielle EACL/B&W/CRSNG finance unegrande partie de ces travaux
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L’IGN 15Thermique des réacteurs nucléaires
Les activités de recherche en thermique du réacteur sontassociées au Laboratoire de Thermohydraulique etsupervisées par A. Teyssedou.
Principaux axes de recherche
Thermique des réacteursnucléaires
Énergétique : modélisation,analyse et optimisation
Instrumentation pour les écoule-ments diphasiques
Alberto Teyssedou
Professeur titulaire,
responsable du
laboratoire
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L’IGN 17Physique des écoulements diphasiques
Écoulements dans les grappes decombustible nucléaire
Transfert de masse entre lessous-canaux
Modélisation numériqueGrappe de combustible nucléaire
Physique des écoulements avec changement de phase
Ébullition
Flux de chaleur critique
Écoulements soniques avecchangement de phase Flux de chaleur critique
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L’IGN 18Thermohydraulique des réacteurs nucléaires du futur(SCWR de génération IV)
Transfert de chaleur dans l’eau àl’état supercritique
Modélisation des canaux decombustible
Modélisation thermohydrauliquedes coeurs
Étude des écoulements soniquespour l’eau à l’état supercritique
Modélisation et optimisation ther-modynamiques des cycles
Boucle à eau supercritique (630oC, 240 bars)
Système de contrôle et de commande (110 V x 5000 Amp)
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L’IGN 19Développement de l’instrumentation pour la mesure du tauxde vide
Sonde locale à fibre optique et àimpédance
Utilisation des sondes locales enabsence de gravitation dans lanavette spatiale
Sondes à capacitance pour lesécoulements contre-courant
Sondes à micro-ondes pour fluidesnon conducteurs (Fréon)
Sonde locale à impédance
Coupleur 6-ports et antenne (2.45 GHz) pour la mesure du taux de vide
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L’IGN 20Ces activités de recherches sont supportées entre autrespar
La chaire Hydro-Québec en génie nucléaire
Le programme ≪Gen IV Energy Technologies≫ duCRSNG/NRCan/AECL
Le COG et AECL
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L’IGN 21Neutronique des réacteurs nucléaires
Les principales activités sont reliées à
La conception de logiciels avancés de simulationnumérique (DRAGON et DONJON) qui sont déjàutilisés par l’industrie nucléaire
La modélisation des réacteurs électronucléairesincluant
Les CANDU (CANDU-6 et CANDU avancé)Les réacteurs à eau pressuriséeLes réacteurs de Génération IV (VHTR, SCWR)
Trois professeurs (A. Hébert, J. Koclas et G. Marleau) sontimpliqués dans ce domaine de recherche.
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L’IGN 22Activités d’A. Hébert
1. Développement de méthodes de résolution numériquede l’équation de Boltzmann pour les neutrons et lesphotons
Méthode aux ordonnées discrètes en géométriehexagonale 3DMéthode ≪algebraic collapsing≫ en géométriedéstructuréeModèles d’autoprotection des résonances (isotopeslourds)Techniques d’homogénéisation de sections efficaces
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L’IGN 232. Simulation des réacteurs nucléaires
Mise au point de schémas de calcul réseau pourdiverses filières de réacteursCalculs de coeurs entiers en physique des réacteursnucléairesMise au point de couplages avec lathermohydraulique et la thermomécanique
Étude de filières surgénératrices pour assurer unapprovisionnement durable en énergie
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L’IGN 24Activités de J. Koclas
1. Cinétique espace-tempsSimulations Monte-Carlo dépendant du tempsOscillations Xénon
2. Calculs couplés neutronique/thermohydrauliquePour conditions normales à pleine puissancePour conditions anormales de petite (un canal) et degrande perte de caloporteur
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L’IGN 25Activités de G. Marleau
1. Développement de méthodes de résolution numériquede l’équation de transport pour les neutrons
Méthode de calcul de réseau et de coeur entransport pour des géométries arbitraires en 2D et3DCalcul parallèle en transport neutroniquePerturbations généralisées et calculs de réseau
2. Réacteurs nucléaires avancésAnalyse de réacteurs CANDU avancés au thoriumAnalyse des réacteurs REP, SCWR et VHTRPropagation des incertitudes dans les calculs deréacteur
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L’IGN 26Ces activités de recherches sont supportées entre autrespar
La chaire Hydro-Québec en génie nucléaire
Le programme ≪Gen IV Energy Technologies≫ duCRSNG/NRCan/AECL
Le COG, AECL, CANDU Energy Inc. et EDF R&D
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L’IGN 27Conclusions
Nos activités de recherche contribuent à
Développer de chercheurs ayant une formation solideen génie nucléaire
Innover en produisantDes données expérimentales plus précisesDe l’instrumentation pouvant servir à d’autres finsDes logiciels à même de simuler plus fidèlement lecomportement des centrales nucléaires et desisotopes radioactifs dans les sites d’enfouissementdes déchets nucléaires
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