UNIVERSITE MONTPELLIER II SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC T H E S E pour ob

UNIVERSITE MONTPELLIER II SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC T H E S E pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L'UNIVERSITE MONTPELLIER II Discipline : Electronique, Optronique et Système Formation Doctorale : Electronique, Composant et Système Ecole Doctorale : Information, Structure, Système présentée et soutenue publiquement par Eric Rosenkrantz le 07 Décembre 2007 Conception et tests d’un capteur ultrasonore dédié à la mesure de la pression et de la composition des gaz de fission dans les crayons combustibles JURY M. Gérard Lévêque Professeur Université Montpellier 2 Directeur de Thèse M. Jean Louis Izbicki Professeur Université du Havre Rapporteur M. Jamal Assaad Professeur Université de Valenciennes Rapporteur M. Daniel Baron Ingénieur de Recherche EDF DER Examinateur M. Jean François Villard Ingénieur de Recherche CEA Saclay Examinateur M. Gilles Despaux Professeur Université Montpellier 2 Examinateur M. Jean Yves Ferrandis Ingénieur de Recherche CNRS Examinateur                                                        ! "#$%&'#%(()*+,    - .          ,     /         ,   '     !    - "#(#('#($0) 12 *3    . REMERCIEMENTS Ce travail de recherche a été réalisé à l’Institut d’Electronique du Sud (IES) dirigées par Monsieur le Directeur de Recherche Daniel Gasquet que je remercie de m’avoir accueilli pour effectuer cette thèse. L’IES est issu de la fusion de trois laboratoires dont le Laboratoire d’ Analyse des Interfaces et de Nanophysique (LAIN) dirigé par monsieur M. le Professeur Jaques Attal. Je remercie M. Attal de m’avoir soutenu et permis de passer ce doctorat. Je suis immensément reconnaissant à mon directeur de thèse M. le Professeur G. Lé- vêque qui durant ces trois années de thèse, a toujours été présent et de très bons conseils et pas uniquement sur le plan scientifique. M. Lévêque par ses qualités humaines et de cher- cheur, honore la profession de Professeur des Universités. A ses cotés j’ai beaucoup appris. Qu’il soit assuré de mon plus profond respect et de mon amitié. Je tiens aussi à remercier vivement Jean-Yves Ferrandis, Ingénieur de recherche, qui lui aussi a été un sérieux référent dans ce travail de recherche et toujours disponible. Je le re- mercie également d’avoir accepté d’être examinateur de ce travail. J’ai beaucoup apprécié travailler avec lui et c’est pourquoi je tiens, à travers ces quelques lignes, lui témoigner mon amitié. Toute ma reconnaissance va à Messieurs les Professeurs Jean-Louis Izbiski et Jamal Assad qui ont accepté d’être mes rapporteurs. Je les remercie vivement pour l’attention qu’ils ont apportée à la relecture de ce manuscrit. L’orthographe n’est sûrement pas mon fort et je remercie ma compagne Valérie, Monique Minéo et Bénédicte de la Peña pour leurs correc- tions minutieuses. Je remercie M. Gilles Despaux, Professeur et Directeur de l’Equipe Micro-Rhéo- Acoustique (MIRA) dans laquelle j’ai effectué ma thèse, pour m’avoir chaleureusement ac- cueilli au sein de l’équipe et d’avoir accepté d’assurer la présidence de mon jury de thèse. Je remercie également monsieur Jean-François Villard, Ingénieur CEA-Saclay, d’avoir accepté d’être examinateur et de m’avoir témoigné une confiance sans faille pour un projet commun qui n’a malheureusement pas abouti. Je suis reconnaissant à M. Daniel Baron, Ingénieur Senior chez EDF, qui est à l’origine du soutien d’EDF pour ce projet. Je remercie M. Baron pour les nombreux échanges qui m’ont permis d’appréhender l’aspect nucléaire de ce sujet et d’avoir accepté d’être exami- nateur. J’ai eu, à différents stades de ma vie universitaire et professionnelle, besoin du soutien d’un certain nombre de personnes pour pouvoir faire ma thèse. Je profite de l’occasion qui m’est donnée pour les remercier. Merci donc à : Robert Alabedra, Christian Glaise, Jean- Claude Vaissiere, Alain Foucaran, Michel Gallien, Jean Marc Lussert, Christian Menuet et Hervé Nonon. Certains diront que je suis volubile, d’autres « pipelette », bref je parle et je parle… Voilà qui m’a permis de passer trois excellentes années. Pour toutes ces discussions, conseils, soutiens, bons moments…, je remercie : Cathy Guasch, Jacques Bonnet, Antoine Touboul, Laurent Podevin, Jacques Touret, Olivier Guillemard, Franck Augereau, Jérôme Mathieu, Judith Atlan, Monique Minéo, Thomas Delaunay, Didier Laux, Philipe Tordjeman, Richard Arinero, Paul Girard, Michel Ramonda (classement croissant selon la distance de mon bureau à celui des personnes citées). Je pourrais personnaliser les remerciements pour chacune des personnes que je viens de citer ci-dessus mais mes remerciements prendraient alors une place conséquente et vous n’auriez plus envie de les lire. Que serait une thèse sans pauses café (et discussions) pour ces moments de conviviali- té merci à : Jean-Remi Reboul, Mohamed El Hadachy, Jennifer Gasparoux, Johan Simonet, Jérémie Soulier. Un événement heureux s’est produit pendant ma thèse, je suis devenu Papa. C’est un beau métier mais pas toujours compatible avec la rédaction d’une thèse. Aussi à diverses oc- casions j’ai eu besoin de nounous que je remercie pour leur disponibilité : ma mère, ma sœur, ma belle-mère et Jacqueline Madau. Je tiens aussi à remercier la nounou « officielle », Mari- lyn, ainsi que son époux, Julien, pour leur compréhension envers mes multiples retards et leur écoute. Pour leur soutien, écoute, soirées, promenades activités sportives, manipulations os- téopathiques… je remercie mes amis : Luc et Alexandra Cortes, Xavier et Tony Simonin, Arnaud Brun, Anne Vincent, Licia Portes, Jérôme Mathieu, Mathieu Meneboo et sa maman Beppy. J’ai rencontré au laboratoire une brésilienne, Vivian Cereser Camara, d’une gentillesse et d’une disponibilité incommensurable. Elle a tellement passé (et passe encore) de temps avec mon fils qu’elle s’est hissée au rang de tatie et entre nous s’est forgé une amitié sincère et profonde. Mon amie je te remercie tout simplement d’être là. Dans la chasse aux jeunes filles agréables je ne me suis pas arrêté là et me voilà au- jourd’hui quelqu’un de chanceux car dans mon cercle d’amis intimes je peux compter sur la présence indéfectible d’Audrey Leydier et d’Aminata Carvalho. Il y a des moments difficiles pendant une thèse où on doute de ses compétences, et toutes les deux vous avez toujours été présentes, c’est pourquoi je vous remercie infiniment. Vous l’aurez compris les relations humaines sont d’une importance capitale pour moi et j’attache un grand intérêt à préserver mes amis les plus chers, qui du reste me le rendent bien. Aussi je tiens à remercier, Yves Julien et ceux qui sont maintenant pour moi deux frères Ali Moumen et Sébastien Reynal. Leur soutien est sans nul doute à l’origine de la réussite de cette thèse. La dernière personne que je souhaite remercier et celle à qui je pense tous les jours, ma chérie Valérie Girbal. Je te remercie pour m’avoir supporté quand il m’arrivait d’être stressé et voir un peu chi(Bip), de m’avoir épaulé et cru en moi plus que je ne le fais moi- même. Ta patiente, ton calme, ta gentillesse et ton humour sont les piliers qui m’on permis d’obtenir mon doctorat. Le témoignage de ton amour envers moi s’est concrétisé par la nais- sance de notre fils Lohan. Mes amours merci pour tout. i SOMMAIRE Introduction…………………………………………………………………………………...1 I Suivi du relâchement des gaz de fission dans les crayons à combustible.....................5 1. Introduction sur le fonctionnement des réacteurs à eau pressurisée – REP....................6 1.1 Principe de fonctionnement et gestion d’un REP ...................................................6 1.2 Assemblages et crayons à combustible...................................................................7 1.3 Relâchement des gaz de fission [5].........................................................................8 2. De l’utilité d’un capteur non destructif pour mesurer la composition et la pression des gaz de fission.........................................................................................................................11 3. Etat de l’art de la mesure ou du contrôle non destructif de la pression dans les crayons 12 3.1 Détection des crayons défectueux (crayons non étanches)...................................12 3.2 Mesure de la pression............................................................................................15 3.3 Mesure de la fraction de gaz relâché.....................................................................17 4. Méthodes ultrasonores pour la mesure des propriétés des gaz .....................................17 4.1 Mesure des propriétés thermodynamiques des gaz...............................................18 4.2 Contrôle de processus industriels..........................................................................19 4.3 Mesure de composition pour des mélanges ternaires ...........................................21 4.4 Mesure de pression partielle par liquéfaction .......................................................22 5. Historique des mesures sur les crayons à combustible au laboratoire..........................22 6. Conclusion ....................................................................................................................25 7. Bibliographie.................................................................................................................25 II Etude theorique des modes de vibrations d’un cylindre de gaz .................................29 1. Introduction...................................................................................................................30 2. Ondes sonores dans les fluides .....................................................................................30 2.1 Equation de propagation .......................................................................................31 2.2 Impédance acoustique...........................................................................................32 2.3 Absorption du son.................................................................................................32 3. Modes de vibrations d’un cylindre de gaz ....................................................................33 3.1 Description du système.........................................................................................33 3.2 Solution générale à trois dimensions ....................................................................34 3.3 Etude à deux dimensions ......................................................................................35 3.4 Etude à trois dimensions.......................................................................................43 4. Conclusion ....................................................................................................................48 5. Bibliographie.................................................................................................................48 III Etude théorique des vibrations couplées tube/fluide...............................................49 1. Introduction...................................................................................................................50 1.1 Généralités ............................................................................................................50 1.2 Bibliographie sur les vibrations des cylindres pleins et des tubes........................51 2. Vibration libre/libre d’un cylindre creux ......................................................................52 2.1 Excitation d’un seul mode de résonance d’ordre radial n.....................................52 2.2 Réponse en fréquence du système excité par une tuile.........................................61 uploads/Geographie/ these-eric-rosenkrantz.pdf

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