Le futur Réacteur d'irradiation Jules Horowitz (RJH) constituera à partir de 2016 sur le site du CEA Cadarache (France) un outil unique dédié aux besoins de l'industrie et de la recherche dans le domaine de l'énergie nucléaire. La qualité des programmes de recherche qui seront conduits dans le RJH dépendra pour une grande part de la bonne connaissance et de la maîtrise des conditions expérimentales dans les canaux d'essais. Dans ce contexte, le CEA et Aix-Marseille Université conduisent conjointement un projet scientifique et technique baptisé IN-CORE. Ce projet a pour but d'améliorer la connaissance des flux neutroniques et photoniques du cœur du réacteur RJH. Un des enjeux est donc d'identifier les détecteurs capables de mesurer de tels flux et de déterminer les méthodes d'interprétation des signaux les plus appropriées. Les travaux de thèse s'inscrivent dans ce programme ambitieux et ont pour objectif d'étudier les potentialités et l'intérêt de la combinaison des mesures des rayonnements dans la perspective d'une meilleure évaluation des niveaux de flux neutroniques, rayonnement gamma et d'échauffement nucléaire dans les emplacements expérimentaux du RJH. Une première étape du projet a consisté à réaliser et exploiter un dispositif de mesure appelé CARMEN-1, adapté à la cartographie des conditions d'irradiation du réacteur OSIRIS (France). Cette expérience a été l'occasion de tester l'ensemble des détecteurs des flux de rayonnement susceptibles de répondre aux besoins du RJH, notamment ceux récemment développés. / A new Material Testing Reactor (MTR), the Jules Horowitz Reactor (JHR), is under construction at the CEA Cadarache (French Alternatives Energies and Atomic Energy Commission). From 2016 this new MTR will be a new facility for the nuclear research on materials and fuels. The quality of the experiments to be conducted in this reactor is largely linked to the good knowledge of the irradiation conditions. Since 2009, a new research program called IN-CORE “Instrumentation for Nuclear radiations and Calorimetry Online in Reactor” is under progress between CEA and Aix-Marseille University. This program aims to improve knowledge of the neutron and photon fluxes in the RJH core. One of the challenges is to identify sensors able to measure such fluxes in JHR experimental conditions and to determine how to analyse the signals delivered by these sensors with the most appropriate methods. The thesis is part of this ambitious program and aims to study the potential and the interest of the combination of radiation measurements in the prospect of a better assessment of the levels of neutron flux, gamma radiation and nuclear heating in the JHR experimental locations. The first step of IN-CORE program was to develop and operate an instrumented device called CARMEN-1 adapted to the mapping of the OSIRIS reactor (France). This experiment was the opportunity to test all the radiation sensors which could meet the needs of JHR, including recently developed sensors.

Les programmes d’irradiations technologiques menés dans les réacteurs expérimentaux sont d’une importance cruciale pour le soutien du parc électronucléaire actuel en termes d’étude et d’anticipation du comportement sous irradiation des combustibles et des matériaux de structures. Ces programmes permettent d’améliorer la sûreté des réacteurs actuels et également d’étudier les matériaux pour les nouveaux concepts de réacteurs.Les conditions d’irradiations des matériaux dans les réacteurs expérimentaux doivent être représentatives de celles des réacteurs de puissance. Un des principaux intérêts des réacteurs d'irradiations technologiques (Material Testing Reactors, MTRs) est de pouvoir y mener des irradiations instrumentées en ajustant les paramètres expérimentaux, en particulier le flux neutronique et la température. La maîtrise du paramètre température d’un dispositif irradié dans un réacteur expérimental nécessite la connaissance de l'échauffement nucléaire (terme source) dû au dépôt d'énergie des photons et des neutrons interagissant dans le dispositif. La bonne évaluation de cet échauffement est une donnée clé pour les études thermiques de dimensionnement et de sûreté du dispositif.L'objectif de cette thèse est d'améliorer les méthodes d’évaluation de l'échauffement nucléaire en réacteur. Ce travail consiste en l’élaboration d'un schéma de calcul complet innovant, couplé neutron-photon (permettant d’obtenir la contribution des neutrons, des gamma prompts et des gamma de décroissance), fondé principalement sur le code de transport Monte-Carlo TRIPOLI-4 (à 3-dimensions et à énergie continue). Une validation expérimentale du schéma a été effectuée en s’appuyant sur les mesures de calorimétrie réalisées dans le réacteur OSIRIS (CEA Saclay). Des études de sensibilité ont également été menées pour établir l’impact de différents paramètres sur les calculs d’échauffement nucléaire, dont les données nucléaires. Cela a permis de définir le schéma de calcul définitif pour reproduire au plus près la réalité des irradiations technologiques. Le travail de thèse débouche sur un outil opérationnel et prédictif pour l'estimation de l'échauffement nucléaire répondant aux besoins de l’expérimentation en réacteur de recherche et qui peut être étendu plus largement dans des réacteurs de puissance. / Technological irradiation programs carried out in experimental reactors are crucial for the support of the current nuclear fleet in terms of study and anticipation of the behavior under irradiation of fuels and structural materials. These programs make it possible to improve the safety of the current reactors and also to study materials for the new concepts of reactors.Irradiation conditions of materials in experimental reactors must be representative of those of nuclear power plants (NPPs). One of the main advantages of material testing reactors (MTRs) is to be able to carry out instrumented irradiations by adjusting experimental parameters, in particular the neutron flux and the temperature. The control of the parameter temperature of a device irradiated in an experimental reactor requires the knowledge of the nuclear heating (source term) due to the deposition of energy of the photons and the neutrons interacting in the device. A relevant evaluation of this heating is a key data for the thermal studies of design and safety of devices. The objective of this thesis is to improve the methods of the evaluation of nuclear heating in reactors. This work consists of the development of an innovating and complete coupled neutron-photon calculation scheme (allowing to obtain the contribution of neutrons, prompt gamma and decay gamma), mainly based on the TRIPOLI-4 Monte Carlo transport code (with 3-dimensions and continuous energy). An experimental validation of the calculation scheme has been performed, based on calorimetry measurements carried out in the OSIRIS reactor (CEA Saclay). Sensitivity studies have been undertaken to establish the impact of various parameters on nuclear heating calculations (in particular nuclear data) and to fix the final calculation scheme to be closer to the technological irradiation aspects. The thesis work leads to an operational and predictive tool for the nuclear heating estimation, meeting the experimentation needs of research reactors and can be extended more generally to NPPs.