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N ˚d’ordre : Ann´ ee : 2009 UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI FACULTE DES SCIENCES

N ˚d’ordre : Ann´ ee : 2009 UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI FACULTE DES SCIENCES TETOUAN TH` ESE Pr´ esent´ ee Pour l’obtention du DOCTORAT EN SCIENCES Par Ossama MERROUN Discipline : Physique Sp´ ecialit´ e : Energ´ etique - Physique des r´ eacteurs DEVELOPPEMENT D’UN CODE DE CALCUL THERMOHYDRAULIQUE POUR LES REACTEURS REFROIDIS A EAU SOUS CONVECTION NATURELLE APPLICATION A L’ANALYSE THERMOHYDRAULIQUE DU R´ EACTEUR TRIGA MARK II DU CENM Soutenue le 26 septembre 2009 devant le jury compos´ e de : Mr A. Kamili Professeur Facult´ e des Sciences - T´ etouan Pr´ esident Mr A. Lyoussi Professeur CEA - Cadarache - France Rapporteur Mr E. Chakir Professeur Facult´ e des Sciences - K´ enitra Rapporteur Mr L. Lahlaouti Professeur Facult´ e des Sciences - T´ etouan Rapporteur Mme C. Reynard-Carette Professeur Universit´ e de Provence - France Examinateur Mr Denis Bertin Professeur Universit´ e de Provence - France Examinateur Mr A.AL MERS Professeur ENSAM - Mekn` es Co-directeur Mr T. EL BARDOUNI Professeur Facult´ e des Sciences - T´ etouan Directeur D´ edicace ` A mes parents ` A ma sœur et mon fr` ere i Pr´ eface Le travail de recherche eﬀectu´ e par Monsieur Ossama Merroun constitue une contri- bution originale aux ´ etudes thermohydrauliques des r´ eacteurs refroidis ` a eau sous convection naturelle. Il s’est int´ eress´ e particuli` erement au d´ eveloppement d’un code de calcul thermohydraulique moyennant la m´ ethode des « sous-canaux » et ` a l’´ ela- boration d’une technique de v´ eriﬁcation du code sur un benchmark exp´ erimental du r´ eacteur de type Triga du Br´ esil. Mr Ossama a appliqu´ e son code pour une analyse thermohydraulique tr` es d´ etaill´ ee du r´ eacteur TRIGA MARK II de CEN de la Maˆ amora. Les r´ esultats ainsi obtenus sont tr` es encourageants et concordent bien avec les recommandations de General Atomics constructeur des r´ eacteurs Triga. L’originalit´ e et la richesse de ce travail ont permis ` a Mr Ossama Merroun de contri- buer ` a plusieurs communications nationales et internationales et de publier trois articles dans des revues internationales sp´ ecialis´ ees : ⋆O. Merroun, A. Almers, M.A. Veloso, T. El Bardouni, E. Chakir. 2009. Expe- rimental validation of the thermal-hydraulic code SACATRI. Nuclear Engineering and Design. doi : 10.1016/j.nucengdes.2009.08.005. ⋆O. Merroun, A. Almers, T. El Bardouni, B. El Bakkari, E. Chakir. 2009. Analy- tical benchmarks for veriﬁcation of thermal-hydraulic codes based on sub-channel approach. Nuclear Engineering and Design. 239 (4), pp 735-748. ⋆O. Merroun, A. Almers, T. El Bardouni, 2008. Manufactured solution for veriﬁ- cation of the 3D Thermalhydraulic SACATRI code. Proc. CHT-08 on Advances in Computational Heat Transfer, ISBN 978-1-56700-252-2, Begell House, New York. ⋆O. Merroun, A. Al Mers, T. El Bardouni. 2007. Thermalhydraulic modeling and analysis of the hot channel of the Moroccan TRIGA MARK II research reactor. Proc. First International Conference on Physics and Technology of Reactors and Applications, Marrakech, Morocco, p. 39. ⋆O. Merroun, A. Al Mers, T. EL Bardouni. 2008. Veriﬁcation and validation proce- dures in nuclear engineering : application to thermal-hydraulic analysis of triangular lattices of light water research reactor in natural circulation regime. JNPR4, May, 2008, Casablanca, Morocco. ii Pr´ eface Il a, ´ egalement, contribu´ e ` a la co-r´ edaction de plusieurs autres papiers scientiﬁques dans le domaine de la physique des r´ eacteurs nucl´ eaires : ⋆B. El Bakkari, T. El Bardouni, O. Merroun, Ch. El Younoussi, Y. Boulaich, E. Chakir. 2009. Development of an MCNP-tally based burnup code and validation through PWR benchmark exercises. Annals of Nuclear Energy 36(5), pp 626-633. ⋆B. El Bakkari, T. El Bardouni, O. Merroun, Ch. El Younoussi, Y. Boulaich, E. Chakir. 2009. Validation of a new continuous Monte Carlo burnup code using a Mox fuel assembly. Nuclear Engineering and Design. 239 (10), pp 1828-1838. ⋆B. El Bakkari, T. El Bardouni, O. Merroun, Ch. El Younoussi, Y. Boulaich, E. Chakir. 2009. The development of an MCNP tally-based burnup code. International Journal of Nuclear Energy Science and Technology. 4(3), pp 179 - 195. Mr Ossama Merroun a fait preuve de ses solides connaissances et comp´ etence dans le domaine de la thermique, thermohydraulique et physique des r´ eacteurs ainsi que les techniques num´ eriques. Ce qui lui a permis de r´ ealiser un travail constituant un apport consistent et important dans son domaine. La clart´ e et la pr´ esentation structur´ ee du manuscrit ainsi que sa richesse en r´ ef´ erence bibliographiques ont en fait un m´ emoire de qualit´ e. La th` ese, ainsi pr´ esent´ ee par Mr Ossama Merroun, pour obtenir le titre de Doctorat en Sciences, m´ erite d’ˆ etre soutenue. Tarek El Bardouni iii Remerciements En ﬁn, bien qu’elle apparaisse paradoxalement au d´ ebut, j’entame ici l’ultime partie de ma th` ese : les remerciements. L’exercice est par d´ eﬁnition fabuleux puisqu’il s’agit de rendre hommage aux personnes que l’on estime. Au travers de ces quelques lignes il s’agit de signaler qu’une th` ese n’est certainement pas un travail qui se m` ene seul et de se rappeler les bons moments forcement nombreux sur 4 ans. Si par les mots je ne la traduisais correctement, je fais appel ` a votre indulgence et je vous assure que mes remerciements viennent du fond du cœur, o` u les sentiments s’expriment diﬀ´ eremment. D’autre part, la r´ edaction des remerciements, en marquant la ﬁn de ma th` ese annonce un grand d´ ebut pour moi. Loin de consid´ erer ˆ etre parvenu ` a l’aboutissement de quelque chose, j’´ eprouve plutˆ ot un vertige face ` a ma vie nouvelle qui vient de commencer. Je commencerai par rendre hommage ` a mon directeur de th` ese Tarek El Bardouni qui m’a donn´ e envie de faire cette th` ese. Sa pr´ esence sans faille ` a mes cˆ ot´ es, son ´ ecoute et ses r´ eponses riches de sens furent une continuelle source de motivation. C’est un plaisir de b´ en´ eﬁcier de sa rigueur scientiﬁque, de son eﬃcacit´ e et de ses grandes qualit´ es humaines, dont je tˆ acherai de m’inspirer par la suite. Cher Tarek El Bardouni, mille fois merci pour tout ce temps et cette ´ energie que vous avez pu me consacrer. Je tiens aussi ` a remercier mon co-encadrant Ahmed Al Mers d’accepter de faire partie de ce travail de th` ese. Il a ´ et´ e vraiment ` a la fois professeur et ami, et ces travaux n’auraient pu ˆ etre r´ ealis´ es sans son aide pr´ ecieuse et g´ en´ ereuse. Son rigueur scientiﬁque n’aura eu d’´ egal que son enthousiasme contagieux. Je le remercie inﬁniment pour son encouragement sans cesse dans les moments diﬃciles et pour toutes les nuits blanches qu’il a pass´ ees avec moi au laboratoire. Je n’oublierai jamais les merveilleux moments que nous avons v´ ecus ensemble ` a Mekn` es et ` a Marrakech ; tu te rappelles de la salle d’Arbalou au sud du Maroc o` u nous avons jou´ e le billard, vraiment je t’ai eu, mais tu ne veux pas le reconnaˆ ıtre . . . ! Je tiens ´ egalement ` a exprimer mes vifs remerciements au professeur Hamid Boukhal pour tout le soutient moral qu’il m’a apport´ e. Grˆ ace ` a son intuition scientiﬁque, il ´ etait le premier ` a me pousser et ` a m’encourager ` a travailler sur la thermohydraulique. Son esprit d’humour et les fr´ equentes discussions que nous avons eu m’ont permis d’oublier de temps en temps les diﬃcult´ es rencontr´ ees et de passer d’agr´ eables moments. Je veux continuer en remerciant sp´ ecialement El Mahjoub Chakir, professeur ` a la fa- cult´ e des sciences de K´ enitra, que j’ai d’abord connu d` es ma licence, m’a honor´ e ensuite de faire parti du jury de mon DESA et qui est ensuite devenu un ami. Grˆ ace ` a son exp´ erience, il m’a conseill´ e, soutenu et encourag´ e face aux diﬀ´ erents d´ eﬁs scientiﬁques auxquels j’ai ´ et´ e confront´ e. Son aide appr´ eciable lors de la r´ edaction du pr´ esent m´ emoire a contribu´ e ` a sa bonne clart´ e. Enﬁn, je le remercie d’avoir accept´ e de rapporter sur cette th` ese. Je n’aurais pu mener de front ma th` ese sans l’aide pr´ ecieuse, et au bon moment, du iv Remerciements professeur M. Antonio Veloso du centre de d´ eveloppement de la technologie nucl´ eaire de Belo Horizonte du Br´ esil. Je le remercie inﬁniment de l’appui scientiﬁque et du temps qu’il m’a consacr´ e ainsi que sa contribution eﬃcace dans la validation du code thermohy- draulique SACATRI. Je remercie le CNRST qui m’a attribu´ e une bourse d’excellence pendant trois ans qui m’a aid´ ee consid´ erablement ` a mener au bout les travaux entrepris par cette th` ese. Je remercie ´ egalement tous les collaborateurs qui m’ont permis incontestablement d’´ evoluer et qui n’ont cess´ e de m’aider uploads/Geographie/ these-ossama-merroun.pdf