Thèse "Modélisation thermique d'un turbo-alternateur" F/H (2024-106102)

Description de l'offre

L’un des moyens de lutter contre le réchauffement climatique actuel est la production d’énergie décarbonée, ce à quoi contribue l’énergie nucléaire. Cependant, ce changement climatique, avec ses canicules devenues régulières, contraint EDF à adapter son parc nucléaire puisqu’il peut avoir plusieurs impacts sur ses installations, dont le composant turbo-alternateur.

Le turbo-alternateur est soumis à de multiples contraintes dont notamment les contraintes thermiques. Elles ont pour origine des causes internes à l’alternateur (par exemple, les échauffements dus au passage du courant électrique) mais également des causes externes (par exemple, la température ambiante de la salle des machines, l’encrassement des réfrigérants, etc.) qui gênent l’évacuation des calories.

Pour éviter des aléas thermiques pouvant conduire à des indisponibilités du turbo-alternateur, une surveillance des températures des différentes parties de cette machine est nécessaire et elle est effectuée par l’exploitant. Cependant, certaines zones ne sont pas suivies par manque de capteurs (zones difficiles d’accès, pièces en rotation, etc.).

Le défi de la thèse consiste donc à créer des modèles thermiques localisés permettant de situer les points chauds et d’exploiter au plus juste l’alternateur, en répondant à deux enjeux pour le parc nucléaire d’EDF :

• Une prolongation au-delà de 40 ans ;
• Une disponibilité de ces machines dans un contexte de changement climatique.

Trois verrous scientifiques ont été identifiés :

• La cartographie 3D :
  L’étude nécessitera une représentation fine et correcte de la géométrie en 3D, avec des rapports de dimensions locales de quelques millimètres sur un modèle global de plusieurs mètres, ceci quels que soient les alternateurs. Il conviendra donc de s’affranchir des difficultés de raffinement du maillage. Les calculs nécessiteront de prendre en compte la rotation du rotor ainsi que les conditions aux limites du modèle ;
• Le recalage (assimilation de données) :
  Le recalage du modèle nécessitera plusieurs variables d’entrée (par exemple, les différentes températures, les débits d’hydrogène, d’eau, etc.). Ces dernières ont des précisions et des fréquences d’échantillonnage différentes les unes des autres, issues de différentes sources d’information (Data Lake, relevés manuels, calculs, etc.) et horodatées de manière différente ;
• Le temps de calcul à réduire :
  Les outils, qui seront mis à la disposition des Exploitants, devront pouvoir fonctionner sur des ordinateurs de bureautique (i.e., non boostés). Cela implique que les temps de recalage ne soient pas trop prohibitifs, même si le modèle 3D est volumineux.

Plusieurs outils informatiques seront mis à disposition du candidat pour la réalisation de cette thèse (EMTP, SYRTHES, code_saturne, code_Carmel, etc).

Ce sujet de thèse CIFRE est proposé conjointement avec le Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’informatique Industrielles et Humaines (LAMIH) de l’Université de Valenciennes.