1 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Couplage Multi Phénomènes André Menjoz - BRGM Laurent Loth - Andra

2 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Périmètres u Méthodologie et résolution numérique des couplages de phénomènes non linéaires couplés ayant des dynamiques avec différentes échelles de temps très contrastées  Couplage chimie - thermique - hydraulique - mécanique  couplages des échelles micro et macroscopiques  Méthodes numériques  splitting d’opérateurs  adaptation aux différentes constantes de temps  parallélisation

3 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (1/6) u Un constat  Phénoménologie complexe  Plusieurs niveaux de représentation  calcul phénoménologique (compréhension)  calcul de performances (évaluation de l ’importance respective des phénomènes, dimensionnement, sûreté, …)  Incertitudes sur les modèles et leurs paramètres La simulation multi phénomènes est indispensable pour rendre compte du comportement dans des échelles de temps hors du champ de l’expérience

4 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (2/6) u Modéliser  Décrire l’ensemble des processus thermique, hydraulique, mécanique, chimique et radiologique  capitalisation des connaissances sur les composants  restituer le comportement sur toute la durée de vie  Évaluer l’impact radiologique et toxique  relâchement et transfert des radionucléides et des toxiques chimiques  scénario d’évolution normale (référence)  scénario d’évolution altérée Disposer des outils  modèles  algorithmes

5 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (3/6) u Exemple : évolution d’une zone de stockage Années T H M C Tr R ResaturationÉcoulement en milieu saturé Convergence argilitesDégradation ouvragesStabilité mécanique Retour à un milieu réducteur Altération des composantsÉquilibre chimique Refroidissement Équilibre thermique Début relâchementTransport stockageTransport milieu géologique Oxydation Échauffement Désaturation Décharge

6 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (4/6) u Exemple : écoulement et transport de soluté  Processus d’altération des Argilites  perturbation alcaline et oxydante  interaction avec les aciers au carbone  perturbation thermique  Processus de dégradation des composants artificiels  béton  perturbation par l’eau, les produits de dégradation des colis, la thermique  argile gonflante  idem argilite  métaux  corrosion  verre, bitûme  dissolution aqueuse  remblais  idem argilite  Processus de relâchement et de transferts des radio éléments et des toxiques chimiques

7 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (5/6) u Exemple : évolution d’une alvéole de déchet B T (ans) Composition de l'eau déterminée par le milieu >50000 Condition non saturée Modélisation « simplifiée » (T)HC béton, colis, et argilites, en condition non saturé l dégradation des bétons l corrosion des aciers l perturbation alcaline l relâchement et transfert RN et toxiques Condition saturée Modélisation couplée HC béton, colis, argilites en condition saturé Couplage par conditions aux limites Mécanique Eau modifiée au contact du béton H : écoulements convergents C : interaction avec le béton Relâchement, transport RN en non saturé H : écoulements convergents C : interaction avec béton et acier Relâchement, transport RN en non saturé Eau modifiée au contact du béton H : écoulements convergents C : consommation d’O2 résiduel et équilibre avec minéraux altérés Relâchement, transport RN en non saturé Perturbation alcaline Relâchement, transport RN en saturé H : convection diffusion C : interaction avec le béton Équilibre chimique eau-argilite

8 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Besoins (6/6) u Simuler  analyser les problèmes  choisir le bon niveau de représentation  mettre en oeuvre les couplages  algorithmes efficaces et robustes  codes ouverts  bibliothèques de solveurs  valider  tests et solution de référence  benchmark  confrontation avec des résultats expérimentaux  évaluation de l’erreur u Identification des domaines associés aux phénomènes

9 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Actions en cours/prévues (1/3) u Stratégie  Analyse phénoménologique  modèles de référence : modélisation des phénomènes caractéristiques de situations de stockage ou d’entreposage et ses mises en œuvre dans l’environnement de simulation  identification des couplages, des caractéristiques spatiales et temporelles  recensement des outils  Développement d ’une plate-forme de modélisation et simulation permettant l ’intégration de composants et leur couplage  Mise en œuvre progressive et maîtrisée de la complexité des modélisations ALLIANCES : Atelier LogicieL d’Intégration, d’ANalyse et de Conception pour l’Entreposage et le Stockage

10 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Actions en cours/prévues (2/3) u Capacité d’ALLIANCES 1.2  hydraulique saturée ou non, transitoire  transport  chimie à l’équilibre  échange d’ions  phénomène Redox  précipitation dissolution  complexation de surface  sorption  transport-chimie (saturée isotherme)  modèle de comportement des colis  gestion des études Utilisation d’ALLIANCES pour la préparation et la réalisation des calculs de sûreté 2004

11 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Actions en cours/prévues (3/3) u ALLIANCES 2, 3, …  transport insaturé  transport réactif  transport en milieu insaturé  chimie u enrichissement de la phénoménologie (colmatage par exemple) u prise en compte de la température  rétroaction sur la porosité  thermique  mécanique  couplage thermo hydro mécanique  couplage du colis et du milieu environnant  thermo aéraulique

12 Journées Scientifiques novembre 2003 MoMaS EDF Electricité de France Multi Phénomènes Perspectives u Capitalisation des modélisations et des outils dans ALLIANCES u Enrichissement de la phénoménologie u Étude de la réversibilité du stockage Le couplage T - H - M - C - R