Dans le cadre du projet ASTRID ((Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration), les interactions fluide-structure mettant en jeu la dynamique du coeur (gerbage), tels qu'elles peuvent survenir lors d'un séisme, sont d'un grand intérêt. Le gerbage du coeur est également reconnu comme l'événement le plus plausible pour expliquer les quatre AURN (Arrêt d'Urgence pour Radioactivité Négative) survenus dans le réacteur Phénix, durant les années 1989 et 1990. L'objectif poursuivi est d'améliorer, pour leurs aspects dynamiques, la compréhension des interactions fluide-structure susceptibles de se produire dans un SFR (Sodium Fast Reactor). Le centre d'intérêt principal étant phénomène de dissipation visqueuse, cette thèse entreprend trois approches expérimentales, numérique et analytique, en s'appuyant sur des expériences de vibrations libres menées sur deux installations, PISE1A, mono-assemblage et PISE2C, multi-assemblages. Deux séries d'expériences de vibrations libres ont été menées sur PISE1A, en faisant varier la hauteur d'eau et en utilisant un mélange d'eau et de glycérol, dans des proportions variables. Le but est d'examiner l'influence des variations de masse ajoutée et de viscosité sur la dynamique des oscillations de l'assemblage. Les simulations numériques correspondantes, développées dans le code CAST3M, se sont appuyées sur la résolution des équations de Navier-Stokes 3D. Les écarts entre les résultats numériques et expérimentaux sont présentés et analysés. En particulier, les effets d'extrémité se sont révélés être d'une importance marginale. Des expériences de vibrations libres ont également été effectuées sur PISE2C en sollicitant l'installation de trois façons différentes : mise en mouvement globale, mise en mouvement par la couronne externe puis par la couronne interne. Un modèle réticulé, fondé sur des hypothèses de symétrie et de linéarité a été développé parallèlement. Les résultats expérimentaux ont permis de confirmer les symétries mais ont remis en cause les hypothèses de linéarité. Ce résultat encourage à persévérer dans la voie des modèles déterministes. / In the scheme of French ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) project, fluid-structure interaction phenomena involved in the dynamic behaviour of core flowering, which could happen during seismic events, are of high interest. Also core flowering behaviour is considered as the main initiating event for the four SCRAMs that happened in Phénix reactor during 1989 and 1990. In objective to improve the knowledge of fluid-structure interaction phenomena of dynamic issues in a SFR core, especially focused on damping, this Ph.D. thesis have been conducted in experimental, numerical and analytical approaches based on free-vibration experiments on mono-assembly test facility PISE-1A and multi-assembly test facility PISE-2C. Two series of free-vibration experiments have been performed on PISE-1A with different water heights and different mass fractions of water-glycerol mixtures to examine the dynamic behaviours with respect to different added mass, different densities and viscosities. Corresponding numerical interpretations have been conducted with 3D Navier-Stokes model in CAST3M code. Sources of uncertainties are discussed to explain the discrepancies between the numerical computation and experimental results. Edge effects are not found to have an important impact on the dynamic behaviours of the system. On PISE-2C, free-vibration experiments with different modes of excitations have been conducted, including total flowering, partial flowering with internal crown excited and partial flowering with external crown excited. A reticulate model with homogenised linear hypothesis has been developed to interpret PISE-2C experiments. Good symmetries are found in PISE-2C suggesting that the deterministic tool is valid for the analysis.

Cette thèse vise à améliorer la compréhension du comportement d'un cœur de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na) par l'analyse de l'interaction fluide-structure lors de vibrations de courte durée (AURNs de Phénix) et de longe durée (séisme pour le projet ASTRID).Pour ce faire, trois approches ont été suivies : élaboration de solutions analytiques, développement de modèles numériques et réalisation d'expériences.Une solution analytique du champ de pression et de vitesse a été obtenue, pour la première fois, pour le cas d'oscillations libres et de forts confinements.Une carte d'écoulement a été réalisée pour identifier les régimes présentsdans l'inter-assemblage.Nous avons conçu et dimensionné deux maquettes, PISE-2c (2 couronnes d'assemblages hexagonaux) et PISE-1a (un assemblage). Chaque assemblage vibre en eau à une fréquence cible de quelques Hertz avec un mouvement de translation.Des essais d'oscillations libres en air et en eau ont été réalisés pourétudier les caractéristiques dynamiques de l'assemblage. Un écoulement 3D du type<< jambage >> se produit dans l'inter-assemblage, qui conduit à une baisse de lafréquence de vibration par rapport à la théorie bidimensionnelle.Les essais ont été modélisés avec un modèle numérique 2D<< Cast3M Navier-Stokes >> (équations de Navier-Stokes couplées avec l'équation de la dynamique de corps rigide).Dans les modèles 2D il faut imposer une force fluide inférieure, qui prenne en compte les effetsde l'écoulement 3D.Le modèle << Cast3M $up\phi$ >> (équationsd'Euler linéarisées couplées avec l'équation de la dynamique) a également été utilisé pourreprésenter en 3D la maquette PISE-1a. / The purpose of this study is to improve the knowledge about the core behavior of a sodium fast breeder reactor (Na-FBR) during vibrations through the fluid-structure interaction analysis. Namely, we investigate the flowering of the Phénix core during the SCRAM for negative reactivity (AURN) and the seismic behavior of the core of Astrid project. Three approaches are followed : experimental campaign, performing of analytical solution and development of numerical model. We create a flow regime map to identify the flow regimes in the fluid gap for very short times scales (as AURN) as well as longer time scales (as seismic oscillations). The most suitable equation system (Navier-Stokes, Euler or linearized Euler) is chosen to model the fluid flow in the numerical code. To our knowledge, for the first time, an analytical solution for free vibration and very narrow gaps is proposed. We designed two experimental apparatus (PISE-1a and PISE-2c) composed respectively by 1 and 19 hexagonal assemblies (two crowns) of Poly-methyl methacrylate (PMMA). Every PMMA assembly is fixed to a stainless steel twin-blades support allowing only orthogonal oscillations with respect to generating line of assembly. The twin-blades supports are designed to give the same range frequency of Phénix assembly in liquid sodium. The experimental equipment PISE-1a is used to determine the dynamic characteristics of PISE-2c assembly, to calibrate instrumentation and for validating our numerical model. Free vibration tests in air are performed to evaluate the dynamic characteristics of the body. Free vibration experiments in water allow to assess the added mass and added damping effect on the frequency. Even though the fluid flow during vibration should be completely bidimensional, the fluid flow is affected by a 3D effect - named ’jambage’ - at the top and the basis of the assembly. This effect produces a lower frequency than the theoretical value. Tests are modeled with a bidimensional numerical model through the finite-elements method with the Cast3M code. The fluid is viscous and incompressible, whereas the structure is considered as a mass-damped-spring system with a 1 degree of freedom. Our model is solved by the Navier-Stokes equations coupled by the dynamic equation of structures. Also the « upφ model » is used to have a 3D representation of PISE-1a. Because of the 3D fluid flow presence, to reproduce the oscillation of a test, we have to impose a lower fluid force in the 2D numerical model to reproduce tests.