Brevet FR3125627A1 — publié le 20230127

Système de détermination d’une puissance générée par un assemblage, réacteur nucléaire et procédé de détermination de la puissance. L’invention concerne un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10) pour réacteur nucléaire (0), comprenant un système (11) de mesure du débit d’un fluide caloporteur comprenant un corps (1100) dans lequel s’écoule le fluide, au moins un rotor (1101) configuré pour être entraîné en rotation par le fluide, et un dispositif de mesure (111) d’une vitesse de rotation du rotor (1101). Le dispositif de mesure (111) comprend un module optique (1111) configuré pour transmettre un rayonnement lumineux incident sur des pales (1101b) du rotor (1101), selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation du rotor (1101), et recevoir un rayonnement lumineux réfléchi issu des pales (1101b). Le système comprend en outre un sous-système de mesure d’une température du fluide en entrée et en sortie de l’assemblage. Le système est configuré pour déterminer le débit du fluide, et pour déterminer une puissance générée par l’assemblage. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système de détermination d’une puissance générée par un assemblage, réacteur nucléaire et procédé de détermination de la puissance La présente invention concerne le domaine des assemblages pour réacteur nucléaire comprenant un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de la détermination d’une puissance générée par un assemblage d’un réacteur à eau légère. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans un réacteur nucléaire électrogène, le cœur du réacteur reçoit le combustible contenant des matières fissiles énergétique. Le combustible nucléaire émet de la chaleur par réaction de fission. La chaleur émise est évacuée par un fluide caloporteur du cœur vers l’îlot conventionnel de la centrale nucléaire, pour la transformer en électricité. Le cœur du réacteur est classiquement divisé en assemblages combustibles, chargés les uns à côté des autres dans la cuve du réacteur. Un assemblage est typiquement constitué d'un faisceau de crayons combustibles. Différents assemblages peuvent en outre être configurés pour des actions spécifiques, à des fins de contrôle ou de sécurité par exemple. Lors du fonctionnement du réacteur, ces assemblages sont traversés par le fluide caloporteur, par exemple de bas en haut. Le fluide caloporteur s'échauffe à leur contact et emporte l’énergie thermique générée par fission. Le fonctionnement d’un réacteur nucléaire est régulé afin de contrôler la puissance électrique générée. Pour cela, on cherche à déterminer la puissance thermique globalement fournie par le réacteur, voire plus localement pour chaque assemblage. Cette détermination est difficile, car elle nécessite de mesurer plusieurs variables physiques dans un environnement à conditions sévères, notamment en termes de pression, de température, et de rayonnement. Il existe des méthodes de calculs pour effectuer des simulations de la puissance thermique globalement fournie par le réacteur. Ces méthodes sont toutefois complexes à mettre en œuvre et leur erreur de précision reste supérieure à 5 % de la puissance réellement fournie. En alternative, on peut déterminer la pression du fluide caloporteur dans le cœur du réacteur et utiliser l’équation de la chaleur pour obtenir la puissance thermique. Pour cela, plusieurs paramètres sont nécessaires, tels que la température du fluide caloporteur en entrée et en sortie du cœur du réacteur, et le débit du fluide caloporteur. Pour déterminer le débit du fluide caloporteur, une première solution est de mesurer la différence de pression entre les conduits d’alimentation en fluide caloporteur entrants et sortants de la cuve du réacteur, communément appelés branches chaudes et branches froides. Toutefois, cette solution ne donne qu’une information globale à l’échelle du cœur du réacteur. En outre, cette solution présente une incertitude élevée. L’incertitude de précision de la puissance réelle reste là encore supérieure à 5 % de la valeur réelle. Il est par ailleurs connu du document FR2413757 A1, un dispositif de mesure du débit du fluide caloporteur en entrée du cœur d’un réacteur nucléaire. Le dispositif comprend un rotor comprenant un élément magnétique. La vitesse de rotation de la turbine est mesurée par une lecture électromagnétique, pour en déduire le débit du fluide caloporteur. En pratique, il s’avère que cette solution présente une fiabilité et une précision limitée. Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution permettant de déterminer la puissance générée par un assemblage d’un réacteur nucléaire, voire d’un assemblage d’un réacteur nucléaire, avec une plus grande précision que dans les solutions existantes. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit système de détermination d’une puissance générée par un assemblage pour réacteur nucléaire, destiné à être immergé dans un fluide caloporteur, comprenant : un sous- système de mesure du débit du fluide caloporteur, comprenant un corps comprenant au moins une entrée, au moins une sortie et au moins un passage pour l’écoulement du fluide caloporteur depuis l’entrée jusqu’à la sortie, au moins un rotor disposé à l’intérieur du passage et configuré pour être entraîné, par l’écoulement du fluide caloporteur, en rotation autour d’un axe sensiblement parallèle à la direction d’écoulement du fluide caloporteur dans le passage, un dispositif de mesure d’une vitesse de rotation du rotor. Avantageusement, le dispositif de mesure comprend : un module d’émission d’un rayonnement lumineux incident présentant une longueur d’onde supérieure à 1200 nm (10 -9 m), un module optique configuré pour transmettre le rayonnement lumineux incident depuis le module d’émission sur des pales du rotor, de sorte que le rayonnement lumineux incident est incident sur les pales du rotor selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, et recevoir un rayonnement lumineux réfléchi, le rayonnement lumineux réfléchi étant issu de la réflexion, sur les pales du rotor, du rayonnement lumineux incident, un premier module de conversion configuré pour déterminer la vitesse de rotation du rotor en fonction du rayonnement réfléchi et déterminer le débit du fluide caloporteur en fonction de la vitesse de rotation du rotor. Le système comprend en outre : un sous-système de mesure d’une température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et d’une température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage, et un deuxième module de conversion configuré pour déterminer une puissance générée par l’assemblage en fonction au moins du débit du fluide caloporteur et d’une différence entre la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage. Le sous-système de mesure du débit du fluide caloporteur permet une mesure optique de la vitesse de rotation du rotor. Ainsi, la sensibilité à l’environnement électromagnétique autour du sous-système de mesure est limitée, voire évitée. La mesure du débit du fluide caloporteur s’écoulant autour ou le long de l’assemblage est donc rendue plus fiable et plus précise. Par ailleurs, dans le cadre du développement de la présente invention, il a été remarqué que la solution décrite dans le document FR2413757 A1, basée sur une mesure de la vitesse de rotation d’un rotor par une lecture électromagnétique, présente une faible précision du fait de sa sensibilité à l’environnement électromagnétique de proximité. La solution proposée ne présente pas de sensibilité à l’environnement électromagnétique. En outre, une détection basée sur un effet magnétique impose des contraintes sur les matériaux constitutifs du dispositif. Au contraire, la solution de la présente invention, basée sur une mesure optique, permet de réduire les contraintes sur les matériaux constitutifs de l’assemblage. Le sous-système de mesure du débit permet une mesure du débit du fluide caloporteur localement au niveau de l’assemblage. La précision de la mesure est ainsi renforcée, notamment par rapport aux solutions de mesure de la différence de pression entre les branches chaudes et branches froides du réacteur. La détermination de la puissance générée par l’assemblage est ainsi rendue plus précise. En outre, le système de mesure permet avantageusement une détermination simplifiée, en ligne et en temps réel, de cette puissance par rapport notamment aux simulations de la puissance thermique qui demandent un temps de calcul long. Le rayonnement incident est en outre appliqué de manière radiale sur le rotor, par le module optique. Dans la direction d’écoulement du fluide caloporteur, l’encombrement du module optique est donc réduit par rapport aux solutions existantes. Lorsque le fluide caloporteur s’écoule dans le sous-système de mesure du débit au niveau du rotor, des turbulences des lignes de courant sont induites. Le module optique n’étant pas disposé dans la direction d’écoulement du fluide mais perpendiculairement à celle-ci, l’impact de ces turbulences sur le module optique sont minimisées. La précision de la mesure du débit est donc augmentée par rapport aux solutions existantes. En outre, le module optique n’étant pas disposé le long de l’écoulement du fluide caloporteur, cet écoulement n’est pas perturbé par la mesure du débit. Notamment, cette disposition minimise des pertes de charges dans l’écoulement du fluide. L’impact de la mesure sur l’écoulement du fluide est ainsi minimisé, par rapport aux solutions existantes. Le sous-système de mesure du débit permet par conséquent une mesure précise et fiable du débit du fluide caloporteur, et notamment avec une précision dans une gamme de ± 1% par rapport à la valeur réelle. Grâce à la mesure de la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et de la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage, le système permet par conséquent une mesure précise et fiable de la puissance générée par un assemblage, et notamment avec une précision dans une gamme de ± 1% par rapport à la valeur réelle. Une autre solution aurait pu consister à prévoir d'appliquer le rayonnement lumineux incident de manière radiale sur une pièce dédiée, portant des marques permettant cette lecture. Par rapport à cette solution, le système proposé par la présente invention : réduit la perturbation de l'écoulement en minimisant l’encombrement du sous-système de mesure du débit dans la direction d’écoulement du fluide caloporteur, présente une mesure plus précise et fiable du débit, présente un nombre de pièces réduit. Le système de détermination de la puissance est donc rendu plus simple et plus fiable. Un deuxième aspect concerne un réacteur nucléaire comprenant : une cuve dans laquelle circule un fluide caloporteur, et un ensemble d’assemblages disposés dans la cuve, au moins un assemblage de l’ensemble comprenant un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage selon le premier aspect de l’invention. Selon un exemple, la cuve est distincte du corps du sous-système de mesure du débit. Selon un exemple, au moins certains des assemblages comprennent chacun le système de détermination d’une puissance générée par un assemblage selon le premier aspect. Selon un exemple, le réacteur est un réacteur à eau légère. Selon un exemple, le fluide caloporteur circulant dans la cuve est à une pression inférieure à 200 bar, à une température inférieure à 350 °C et s’écoule à un débit compris entre 0,05 et 25000 m 3 /h. Le réacteur nucléaire peut comprendre une cuve dans laquelle circule un fluide caloporteur et au moins un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage et immergé dans le fluide caloporteur. Le système de détermination d’une puissance peut présenter toute caractéristique du système de détermination d’une puissance selon le premier aspect de l’invention. Un troisième aspect concerne un procédé de détermination d’une puissance générée par un assemblage pour réacteur nucléaire par un système de détermination d’une puissance générée selon le premier aspect de l’invention et/ou d’un réacteur nucléaire selon le deuxième aspect de l’invention, comprenant au moins : une mesure d’un débit du fluide caloporteur comprenant au moins : une émission par le module d’émission, d’un rayonnement lumineux incident présentant une longueur d’onde supérieure à 1200 nm, puis une transmission, par le module optique, du rayonnement lumineux incident depuis le module d’émission sur des pales du rotor, de sorte que le rayonnement lumineux incident est incident sur les pales du rotor selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor, puis une réflexion du rayonnement lumineux incident sur les pales du rotor, puis une réception, par le module optique, du rayonnement lumineux réfléchi, puis une conversion, par le module de conversion, du rayonnement lumineux réfléchi de façon à déterminer la vitesse de rotation du rotor, puis à déterminer le débit du fluide caloporteur en fonction de la vitesse de rotation du rotor, et une mesure d’une température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et d’une température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage, et une conversion en puissance générée par le réacteur nucléaire à partir au moins du débit du fluide caloporteur, et d’une différence entre la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage. Selon un exemple, le procédé peut en outre comprendre une mesure de la pression du fluide caloporteur. Selon un exemple, la mesure d’une parmi la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage est obtenue à partir du rayonnement lumineux réfléchi. Selon un exemple, le réacteur nucléaire comprenant une cuve dans laquelle circule le fluide caloporteur, le fluide caloporteur circulant dans la cuve est à une pression inférieure à 200 bar, à une température inférieure à 350°C et s’écoule à un débit compris entre 0,05 et 25000 m 3 /h. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente une vue en coupe longitudinale d’une cuve d’un réacteur nucléaire selon un exemple de réalisation de l’invention. La représente une vue d’ensemble du sous-système de mesure du débit selon un exemple de réalisation de l’invention. La représente un schéma fonctionnel du sous-système de mesure du débit selon un exemple de réalisation de l’invention. Les figures 4A et 4B illustrent de manière simplifiée les étapes d’un procédé de mesure du débit du fluide caloporteur selon différents exemples de réalisation de l’invention. Les figures 5A et 5B représentent une vue en coupe longitudinale du module actionneur du sous-système de mesure du débit selon plusieurs exemples de réalisation. La représente une vue en coupe transversale du module actionneur du sous-système de mesure du débit illustré dans les figures 5A et 5B. La représente le principe de fonctionnement d’une fibre optique comprenant un réseau de Bragg. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives du système et du réacteur nucléaire ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité. Système de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10) pour réacteur nucléaire (0), destiné à être immergé dans un fluide caloporteur, comprenant : un sous-système (11) de mesure du débit du fluide caloporteur comprenant : un corps (1100) comprenant au moins une entrée (1100a), au moins une sortie (1100b) et au moins un passage (1100c) pour l’écoulement du fluide caloporteur depuis l’entrée (1100a) jusqu’à la sortie (1100b), le passage (1100c) s’étendant depuis l’entrée (1100a) jusqu’à la sortie (1100b) selon une direction longitudinale parallèle à une direction principale selon laquelle l’assemblage s’étend, au moins un rotor (1101) disposé à l’intérieur du passage (1100c) et configuré pour être entraîné, par l’écoulement du fluide caloporteur, en rotation autour d’un axe (A) sensiblement parallèle à une direction d’écoulement du fluide caloporteur dans le passage (1100c), la direction d’écoulement du fluide caloporteur dans le passage (1100c) étant parallèle à la direction longitudinale du passage (1100c), un dispositif de mesure (111) d’une vitesse de rotation du rotor (1101), caractérisé en ce que le dispositif de mesure (111) d’une vitesse de rotation du rotor (1101) comprend : un module d’émission (1110) d’un rayonnement lumineux incident présentant une longueur d’onde supérieure à 1200 nm, un module optique (1111) configuré pour transmettre le rayonnement lumineux incident depuis le module d’émission (1110) sur des pales (1101b) du rotor (1101), de sorte que le rayonnement lumineux incident est incident sur les pales (1101b) du rotor (1101) selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation du rotor (1101b), et recevoir un rayonnement lumineux réfléchi, le rayonnement lumineux réfléchi étant issu de la réflexion, sur les pales (1101b) du rotor (1101), du rayonnement lumineux incident, un premier module de conversion (1113) configuré pour déterminer la vitesse de rotation du rotor (1101) en fonction du rayonnement réfléchi et déterminer le débit du fluide caloporteur en fonction de la vitesse de rotation du rotor (1101), et en ce que le système comprend : un sous-système de mesure d’une température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et d’une température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage, et un deuxième module de conversion configuré pour déterminer une puissance générée par l’assemblage en fonction au moins du débit du fluide caloporteur et d’une différence entre la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage. Système selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de mesure (111) comprend un module de raccordement (112) du module optique (1111) au corps (1100), configuré pour établir une jonction (1120) étanche au fluide caloporteur entre le module optique (1111) et le passage (1100c), et transparente aux rayonnements lumineux incident et réfléchi. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module optique (1111) comprend une portion de transmission (1111c) du rayonnement lumineux incident disposée, selon la direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation du rotor (1101), à une distance inférieure à 1 cm du diamètre externe du rotor (1101). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module optique (1111) comprend une fibre optique (1111a). Système selon la revendication précédente, dans lequel le module optique (1111) comprend une fibre optique (1111a) à détection de proximité. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module optique (1111) est configuré pour transmettre le rayonnement lumineux réfléchi au module de conversion (1113). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor (1101) comprend une pluralité de pales (1101b, 1101b’), au moins une pale (1101b’) présentant un coefficient de réflexion du rayonnement lumineux différent du coefficient de réflexion du rayonnement lumineux d’au moins une autre pale (1101b). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module optique (1111) comprend une fibre optique (1111a) comprenant un réseau de Bragg. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le module d’émission (1110) comprend une source laser et le module de conversion (1113) comprend un interféromètre laser. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un capteur de pression configuré pour mesurer un paramètre relatif à une pression du fluide caloporteur s’écoulant dans le corps (1100), de préférence l’au moins un capteur de pression est porté par le sous-système (11) de mesure du débit du fluide caloporteur. Réacteur (0) nucléaire comprenant : une cuve (2) dans laquelle circule un fluide caloporteur, et un ensemble d’assemblages (10) disposés dans la cuve, au moins un assemblage (10) de l’ensemble comprenant un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Réacteur (0) selon la revendication précédente, dans lequel au moins certains des assemblages (10) comprennent chacun ledit système de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10). Réacteur (0) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, le réacteur (0) étant un réacteur à eau légère. Procédé (3) de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10) pour réacteur (0) nucléaire par un système de détermination d’une puissance générée par un assemblage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant au moins: Une mesure d’un débit du fluide caloporteur comprenant au moins: une émission (30) par le module d’émission (1110), d’un rayonnement lumineux incident présentant une longueur d’onde supérieure à 1200 nm, puis une transmission (31), par le module optique (1111), du rayonnement lumineux incident depuis le module d’émission (1110) sur des pales du rotor, de sorte que le rayonnement lumineux incident est incident sur les pales (1101b) du rotor (1101) selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation du rotor (1101), puis une réflexion (32) du rayonnement lumineux incident sur les pales (1101b) du rotor (1101), puis une réception (33), par le module optique (1111), du rayonnement lumineux réfléchi, puis une conversion (34), par le module de conversion (1113), du rayonnement lumineux réfléchi de façon à déterminer la vitesse de rotation du rotor (1101), puis à déterminer le débit du fluide caloporteur en fonction de la vitesse de rotation du rotor (1101), et une mesure (36) d’une température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et d’une température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage, et une conversion (37) en puissance générée par l’assemblage (10) à partir au moins du débit du fluide caloporteur, et d’une différence entre la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage. Procédé (3) selon la revendication précédente, comprenant en outre une mesure (36) de la pression du fluide caloporteur. Procédé (3) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la mesure (36) d’une parmi la température du fluide caloporteur en entrée de l’assemblage et la température du fluide caloporteur en sortie de l’assemblage est obtenue à partir du rayonnement lumineux réfléchi. Procédé selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel, le réacteur nucléaire comprenant une cuve (2) dans laquelle circule le fluide caloporteur, le fluide caloporteur circulant dans la cuve (2) est à une pression inférieure à 200 bar, à une température inférieure à 350 °C et s’écoule à un débit compris entre 0,05 et 25000 m 3 /h.