Cette thèse porte sur la modélisation des phénomènes de dissolution lors de la phase précoce d'un accident grave de réacteur nucléaire. L'étude s'intéresse à la dissolution de céramiques solides (ZrO2 et UO2) par un métal liquide (Zr). En cas d'hypothétique accident grave dans un Réacteur à Eau Pressurisée, les phénomènes de dissolution jouent un rôle primordial dans l'aggravation de la dégradation et la fusion des oxydes à des températures parfois largement inférieures à leur température de fusion normale. Cela concerne en particulier les principaux constituants des crayons combustibles : les pastilles d'UO2 ainsi que la couche de ZrO2 formée sur la surface externe de la gaine qui vont subir une dissolution par le zircaloy des gaines à partir de 2100 K (la température de fusion de ces oxydes étant supérieure à 2800 K). Dans l'état actuel des connaissances, on peut supposer que les phénomènes de dissolution sont responsables, d'une part, de l'effondrement prématuré des crayons combustibles dans le cœur et, d'autre part, de la formation rapide d'un bain liquide en fond de cuve si des oxydes de fer sont présents. De nombreuses études expérimentales ont été menées sur ce sujet mais la modélisation n'est pas encore satisfaisante à ce jour. Les modèles actuels sont essentiellement des modèles 1D qui ne prennent pas en compte de façon explicite la convection naturelle ni la présence d'une zone de transition diphasique au niveau de l'interface métal / céramique. Un modèle 2D, décrivant les transferts de quantité de mouvement, de chaleur et de masse, établi par prise de moyenne volumique des équations microscopiques de transport a été développé. Ce modèle est basé sur des hypothèses d'équilibre thermique local et de non-équilibre massique local et s'inspire d'un modèle de solidification de mélanges binaires (P. Bousquet-Mélou, 2000). Sur le plan théorique, l'approche est identique. Cependant, la dissolution introduit des contraintes physico-numériques supplémentaires qu'il a fallu prendre en compte. La prise en compte des deux aspects mentionnés (convection et zone diphasique) constitue une nouveauté significative par rapport aux modèles existants. Le modèle a été ensuite étendu au cas ternaire grâce à des développements nouveaux permettant de résoudre certaines difficultés supplémentaires (ajout d'une équation d'espèce, relations d'équilibre non bijectives, plusieurs coefficients de diffusion à déterminer, indétermination sur les flux à l'interface, densité du solide non constante...) afin d'étudier la dissolution UO2 / Zr. Une validation des modèles obtenus est faite à partir de résultats expérimentaux de dissolution de creusets en ZrO2 et UO2 par le zircaloy liquide et montrent la bonne qualité prédictive de notre modèle. / This thesis focuses on the modeling of dissolution phenomena during the early phase of a serious accident of nuclear reactor. The study focuses on the dissolution of solid ceramic (ZrO2 and UO2) by a liquid metal (Zr). In case of hypothetical severe accident in a pressurized water reactor, the phenomena of dissolution play a role in the further decay and melting oxides at temperatures sometimes significantly below the normal melting temperature. This concerns in particular the main constituents of fuel rods : pellets of UO2 and ZrO2 layer formed on the outer surface of the sheath that will suffer by the dissolution of zircaloy sheaths from 2100 K (the melting temperature of these oxides being greater than 2800 K). In the present state of knowledge, we can assume that dissolution phenomena are responsible for, on the one hand, the premature collapse of the fuel rods in the heart and, on the other hand, the rapid formation of a liquid bath in the bottom of the tank where iron oxides are present. Many experimental studies have been conducted on this subject but modeling is not yet satisfactory today. Current models are essentially 1D models that do not explicitly account for natural convection nore the presence of a biphasic transition zone at the interface metal / ceramic. A 2D model describing the transfer of momentum, heat and mass, determined by taking average density of microscopic transport equations has been developed. This model is based on assumptions of local thermal equilibrium and non-local mass balance and it is based on a model of solidification of binary mixtures (P. Bousquet-Mélou, 2000). In theory, the approach is identical. However, the dissolution introduced physico-digital extra constraint that had to be taken into account. Taking into account the two aspects mentioned (convection and two-phase zone) is a novelty in comparison to existing models. The model was then extended to the ternary case with new developments to resolve certain difficulties (addition of an equation of this case, non-bijective equilibrium relations, several diffusion coefficients to be determined, uncertainty on flows in interface, density of the solid non-constant ...) to study the dissolution UO2 / Zr. Validation of models is obtained from experimental results of dissolution of crucibles of UO2 and ZrO2 by liquid zircaloy and show the quality of our predictive model.

Climate change and environmental disasters are strongly dependent. Humanity is facing considerable changes in environmental adaptions and remediation of contaminated sites. Water is a valuable resource that should be protected and prevented from hazardous influences. One of the main water quality problems is the excess of nutrients causing algae blooming. Many surface-and groundwaters have lost the ability to be used as anthropogenic water sources and other purposes (recreation, water supply, irrigation, etc.). Both nutrients and other substances impact water quality and climate change, making it challenging for modern society to maintain good water quality. Moreover, extreme rainfalls become more common, temporarily increasing surface runoff and exceeding infiltration capacity during high-intensity rainfall events. Water that is not capable of infiltration in the soil will run on the watershed into depressions and be infiltrated or spread to downstream catchments. This water might contain hazardous substances, e.g., nutrients, thereby enhancing water contamination in nearby waters. The investigation is made in how nutrients (P – phosphorus and N – nitrogen) spread depending on surface runoff from cloudburst in Hörby municipality in southern Sweden, Skåne-region. The land-use of the site is investigated, where pervious-and impervious areas are defined and further classified in more specific sub-groups. Different rain returns periods used to provide clear explanation of how the nutrient spreading is taking place and how rain intensity is impacting spreading of N and P. Furthermore, the sources of nutrient load are detected and investigated with a hydraulic model. The results show that the hydrodynamic model can be used to visualize the spread and determine the accumulated concentration in the flood area. Furthermore, rainfall mapping has been carried out to identify vulnerable areas in the landscape and determine critical parameters such as distribution and maximum water depth. The method's application area has been discussed in the industry's interest in studying cloudburst more simply and cost- effectively in parallel with nutritional load problems. / Klimatförändringar och miljökatastrofer är starkt beroende händelser. Mänskligheten står inför betydande förändringar i miljöanpassningar och sanering av förorenade platser. Vatten är en värdefull resurs som bör skyddas och förhindras från farlig påverkan. Ett av de viktigaste vattenkvalitetsproblemen är överflödet av näringsämnen som orsakar alger som blommar. Många yt- och grundvattenkällor har förlorat förmågan att nyttjas som dricksvattenkällor samt källor för andra ändamål (rekreation, vattenförsörjning, bevattning etc.). Både näringsämnena och andra kemikalietyper påverkar vattenkvaliteten och klimatförändringarna, vilket gör det utmanande för det moderna samhället att upprätthålla god vattenkvalitet. Dessutom blir extrema regn i form av skyfall vanligare och ökning i avrinning från ytor som överstiger infiltrationskapaciteten under högintensiva regnhändelser. Vatten som inte kan infiltrera i marken kommer att rinna längst avrinningsområdet till låga punkter och infiltreras eller spridas till nedströms avrinningsområden. Den rinnande vatten kan innehålla farliga ämnen, t.ex. näringsämnen, vilket kan bidra till ökade föroreningar i närliggande vattendrag. Undersökningen görs i hur näringsämnen (P - fosfor och N - kväve) sprids beroende på ytavrinning från skyfall i Hörby kommun, Skåne, i södra Sverige. Områdets markanvändning undersöks, där genomträngliga och ogenomträngliga ytor definieras och klassificeras ytterligare i mer specifika undergrupper. Olika återkomsttider på regn används för att ge en förklaring på hur närsaltsspridningen sker och hur regnintensiteten påverkar spridningen av fosfor och kväve. Vidare upptäcks och undersöks källorna för näringsbelastning med en hydraulisk modell. Resultaten visar att den hydrodynamiska modellen kan användas för att visualisera spridningen och bestämma den ackumulerade näringsbelastningen i översvämningsområdet. Dessutom har skyfallskartering genomförts för att identifiera utsatta områden i landskapet och bestämma kritiska parametrar som fördelning och maximalt vattendjup. Metodens applikationsområde har diskuterats av kommersiellt intresse i att studera skyfall på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt parallellt med närsaltsbelastningen.

Flood risk assessment in urban areas necessitates the utilization of advanced modeling strategies to accurately depict inundation patterns and potential impacts on communities and infrastructure. This study investigates the impacts of varying 2D modeling strategies on flood risk assessment in the context of the Garonne River flood risk prevention plan. The research focuses on building 2D hydraulic models for the Garonne and Ariège rivers using Telemac 2D, supplemented by models for their tributaries on HEC-RAS. Following calibration, the 1875 reference flood event is simulated, sensitivity analyses were conducted on downstream boundary conditions, Strickler coefficient for the floodplain, and discharge parameters. The results reveal significant impacts of these parameters on the final hazard maps, underscoring the importance of thoughtful consideration in model calibration and parameter selection. It also questions the strategy to base the assessment on an extreme historical flood event with little data to back up the accuracy of the results, or favoring a less extreme event that will lead more accurate results, but with maybe less security.  The study highlights the critical role of high precision topography, particularly in flat and urban areas, where traditional discharge data may be lacking, and precipitation-based methods may prove less effective. The choice of modeling software also emerges as a key factor influencing the accuracy of flood hazard assessments, with variations in parameters and computation methods yielding differing outcomes.  Overall, this research underscores the complex interplay between modeling strategies, parameter selection, and topographic characteristics in urban flood risk assessment. It emphasizes the need for a nuanced approach in choosing flood events for modeling, balancing the availability of data with the accuracy and reliability of results. / Riskbedömning av översvämningar i stadsområden kräver användning av avancerade modelleringsstrategier för att korrekt beskriva översvämningsmönster och potentiella effekter på samhällen och infrastruktur. I denna studie undersöks effekterna av olika 2D- modelleringsstrategier på bedömningen av översvämningsrisker i samband med planen för förebyggande av översvämningsrisker i Garonnefloden. Forskningen fokuserar på att bygga hydrauliska 2D-modeller för floderna Garonne och Ariège med Telemac 2D, kompletterat med modeller för deras bifloder i HEC-RAS.  Efter kalibrering simuleras 1875 års referensflöde, känslighetsanalyser utförs på nedströms gränsvillkor, Strickler-koefficienten för översvämningsslätten och flödesparametrar. Resultaten visar att dessa parametrar har en betydande inverkan på de slutliga riskkartorna, vilket understryker vikten av noggranna överväganden vid modellkalibrering och val av parametrar.  Studien belyser den kritiska roll som högupplöst topografi spelar, särskilt i platta och urbana områden, där traditionella flödesdata kan saknas och nederbördsbaserade metoder kan vara mindre effektiva. Valet av modelleringsprogramvara framstår också som en nyckelfaktor som påverkar noggrannheten i bedömningen av översvämningsrisker, med variationer i parametrar och beräkningsmetoder som ger olika resultat.  Sammantaget understryker denna forskning det komplexa samspelet mellan modelleringsstrategier, val av parametrar och topografiska egenskaper vid riskbedömning av översvämningar i städer.  Den betonar behovet av ett nyanserat tillvägagångssätt när man väljer översvämningshändelser för modellering, och balanserar tillgången på data med resultatens noggrannhet och tillförlitlighet.