Ce travail de thèse se place dans le contexte des études d’accidents graves sur les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium. Dans le cadre de la démarche de conception et de sûreté, tous les types d’accidents doivent être étudiés afin d’assurer l’exhaustivité de l’analyse de sûreté, en traitant la variabilité des scénarios accidentels et en quantifiant les marges de sûreté. Pour cela, des outils physiques sont développés pour être couplés à des techniques avancées de statistique permettant de répondre rapidement et quantitativement aux questions relatives à la conception du réacteur vis-à-vis des conséquences d’un accident grave et de prendre en compte des incertitudes et de la variabilité des scénarios accidentels. La mise au point de l’outil physique OCARINa (Outil de Calcul analytique Rapide pour les Insertions de réactivité dans un RNR-Na) dédié à la phase primaire du transitoire d’insertion de réactivité non protégée UTOP (Unprotected Transient OverPower) a ainsi fait l’objet de cette thèse. Les travaux ont porté sur l’identification des phénomènes physiques prépondérants, leur modélisation (thermique et thermomécanique), et une contribution à la validation expérimentale et numérique. Enfin, une application de l’intérêt de cet outil a été réalisée à partir de deux études BEPU (Best-Estimate Plus Uncertainties). Elle a permis d’identifier les paramètres les plus influents sur la réponse de l’outil, et de quantifier leur impact vis-à-vis des résultats expérimentaux. / Within the framework of the Generation IV Sodium-cooled Fast Reactor R&D French program, a new physico-statistical approach is currently followed by the CEA for accident transient calculations in complement to the reference mechanistic codes. This approach involves a fast-running description of extended accident sequences coupling physical models for the main phenomena to advanced statistical analysis techniques. A large number of simulations may be performed in a reasonable computational time while describing all the possible bifurcations of the accident transient. In this context, this PhD work deals with the development (models and results assessment) of the physical tool dedicated to the primary phase of the Unprotected Transient OverPower accident called OCARINa (Outil de Calcul analytique Rapide pour les Insertions de réactivité dans un RNR-Na). The accident main phenomena, their modelling (thermal and thermomechanical models) and a contribution to the experimental and numerical validation are described. Finally a demonstration of BEPU studies has been done, resulting in the identification and the impact quantification of the more influent uncertain parameters on experimental results.

Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides sont une solution à long terme pour la production d’énergie car ils valorisent le Plutonium et peuvent utiliser tout le stock de d’Uranium appauvri. Les contraintes actuelles en termes de sûreté requièrent néanmoins des innovations pour favoriser un comportement naturel du cœur lors de transitoires incidentels en augmentant le temps de grâce et la marge à la fusion. Les innovations apportées aux cœurs (hauteur réduite, cœur hétérogène, puissance volumique limitée) induisent un accroissement de la taille des réacteurs. Cette évolution a des conséquences de sûreté essentiellement positives comme la réduction de l’effet de vidange mais d’autres comme la déformation de la nappe de puissance méritent attention. Cette thèse a permis de mieux appréhender ces spécificités au travers du calcul et de l’analyse des harmoniques du flux puis des matrices de fission. Ces études, en soutien au cœur d’ASTRID, ont permis de conforter les options de conception. / The need for energy is a matter of growing concern in the world today, in relation to global climate change. Nuclear energy is of interest because it does not produce greenhouse gases, and it is able to generate a substantial amount of energy at a given time. However, it needs fissile material to operate. Fuel economy is then a sine qua none condition for the development of this energy. Sodium Fast Reactors are a solution for the future of nuclear energy. These reactors are indeed able to use much less Uranium for the same amount of energy released. However, the safety constraints in accordance with todays standards (“forgiving behavior”) require new core designs, which are highly heterogeneous axially and rather flat. Finally, this evolution in reactor design (reduced power density and limited axial height) implies a significant increase in the reactor diameter. It has consequences from both an economic (Pu inventory, vessel size) and operational (power shape stabilization during irradiation) point of view. The understanding of this phenomena is the topic of this PhD.

Cette étude s'inscrit dans le cadre du développement d'outils de simulation de latélémétrie qui est une technique possible pour la surveillance et le contrôle périodique desréacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide (RNR-Na).De manière générale, la télémétrie consiste à positionner au sein du réacteur untransducteur qui génère un faisceau ultrasonore. Ce faisceau se propage à travers un milieuinhomogène et aléatoire car le sodium liquide est le siège de fluctuations de température quiimpliquent une variation de la célérité des ondes ultrasonores, ce qui modifie la propagationdu faisceau. Ce dernier interagit ensuite avec une structure immergée dans le réacteur. Lamesure du temps de vol de l’écho reçu par le même transducteur permet de déterminer laposition précise de la structure. La simulation complète de la télémétrie nécessite donc lamodélisation à la fois de la propagation d’une onde acoustique en milieu inhomogènealéatoire et de l’interaction de cette onde avec des cibles de formes variées ; c'est l'objectif dece travail.Un modèle stochastique basé sur un algorithme de type Monte-Carlo est tout d'aborddéveloppé afin de simuler les perturbations aléatoires du champ de propagation. Le champacoustique en milieu inhomogène est finalement modélisé à partir du champ calculé dans unmilieu homogène moyen en modifiant les temps de parcours des rayons homogènes parincorporation d’une correction fournie par le modèle stochastique. Le modèle stochastiquede propagation ainsi développé a été validé par comparaison avec un modèle déterministe ets’avère nettement plus simple à mettre en oeuvre au sein de la plateforme logicielle desimulation en contrôle non destructif CIVA et moins couteux en temps de calcul que lemodèle déterministe.En vue de modéliser l’interaction onde acoustique/cible, des modèles classiques dediffraction ont été évalués dans le cadre de structures rigides, parmi lesquels la théoriegéométrique de la diffraction (GTD) et l’approximation de Kirchhoff (KA), ces deuxapproches apparaissant comme complémentaires. En les combinant de sorte à ne conserverque leurs avantages, nous avons développé un modèle hybride (KA raffiné) en utilisant uneprocédure similaire à la théorie physique de la diffraction (PTD). Le modèle KA raffinéfournit une amélioration de la prédiction en champ proche d’une cible rigide. Le modèle dediffraction KA initial (non raffiné) a été ensuite étendu pour traiter une cible réalisted’impédance finie. Le modèle KA « général » ainsi obtenu se révèle être une solutionsatisfaisante pour l’application à la télémétrie. Finalement, le couplage du modèlestochastique de propagation et du modèle de diffraction KA général nous a permis deconstruire un outil de simulation complète de la télémétrie en milieu inhomogène. / This study takes place in the framework of tools development for thetelemetry simulation. Telemetry is a possible technology applied to monitoring the sodiumcooledfast reactors (SFR) and consists in positioning in the reactor core a transducer togenerate an ultrasonic beam. This beam propagates through an inhomogeneous randommedium since temperature fluctuations occur in the liquid sodium and consequently thesound velocity fluctuates as well, which modifies the bream propagation. Then the beaminteracts with a reactor structure immersed in sodium. By measuring the time of flight of thebackscattered echo received by the same transducer, one can determine the preciselocation of the structure. The telemetry simulation therefore requires modeling of both theacoustic wave propagation in an inhomogeneous random medium and the interaction of thiswave with structures of various shapes; this is the objective of this work.A stochastic model based on a Monte Carlo algorithm is developed in order to take intoaccount the random fluctuations of the acoustic field. The acoustic field through aninhomogeneous random medium is finally modeled from the field calculated in a meanhomogeneous medium by modifying the travel times of rays in the homogeneous medium,using a correction provided by the stochastic model. This stochastic propagation model hasbeen validated by comparison with a deterministic model and is much simpler to integrate inthe CIVA software platform for non destructive evaluation simulation and less timeconsuming than the deterministic model.In order to model the interaction between the acoustic wave and the immersedstructures, classical diffraction models have been evaluated for rigid structures, including thegeometrical theory of diffraction (GTD) and the Kirchhoff approximation (KA). These twoapproaches appear to be complementary. Combining them so as to retain only theiradvantages, we have developed a hybrid model (the so-called refined KA) using a proceduresimilar to the physical theory of diffraction (PTD). The refined KA provides an improvementof the prediction in the near field of a rigid scatterer. The initial (non refined) KA model isthen extended to deal with the scattering from a finite impedance target. The obtainedmodel, the so-called “general” KA model, is a satisfactory solution for the application totelemetry. Finally, the coupling of the stochastic propagation model and the general KAdiffraction model has allowed us to build a complete simulation tool for the telemetry in aninhomogeneous medium.

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.

Ce travail de thèse a consisté à étudier les mécanismes réactionnels et les cinétiques d’interactions sodium-CO2, dans le cadre de l’évaluation d’un système de conversion d’énergie au CO2 supercritique pour les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium. La démarche suivie est la suivante. L’interaction entre le sodium et le CO2 a tout d’abord été mise en évidence par des expériences de laboratoire de type calorimétrie et expériences en four associées à l’analyse des produits formés. Celles-ci ont permis de proposer un mécanisme cohérent, en accord avec les données de la littérature, et ont donné des indications préliminaires sur la cinétique de réaction. Pour évaluer la cinétique de réaction de façon plus approfondie, nous avons cherché à nous rapprocher du phénomène observable dans le cas d’une fuite dans un échangeur de chaleur sodium-CO2. La géométrie de tels échangeurs n’est pas aujourd’hui fixée, même si le développement d’échangeurs compacts est envisagé. Par la suite, des jets libres de CO2 dans du sodium liquide ont été modélisés dans le but d’aboutir, par identification, aux paramètres cinétiques de la réaction. Ceux-ci, estimés à l’aide de ce type de géométrie, resteront valables avec une géométrie plus complexe, représentative de l’échangeur réel. Un banc expérimental a été défini et construit pour réaliser ces jets libres. Les premières études de laboratoire ont conclu à l’existence de mécanismes réactionnels différents selon les niveaux de température. Un seuil a été mis en évidence autour de 500 °C. En dessous de celui-ci, la réaction apparaît modérée, voire lente, d’exothermie moyenne et se produit après une période d’induction, fonction de la température, dont la durée pourrait atteindre plusieurs heures. Au contraire, au dessus de ce seuil, elle semble rapide et plus exothermique. En dessous de 500 °C, il se forme de l’oxalate de sodium, qui réagit ensuite avec le sodium de manière exothermique, suivant les réactions : CO2 + Na ! 1/4 Na2C2O4 + 1/ CO + 1/4 Na2CO3 (1) 4 Na + Na2C2O4 ! 3 Na2O + CO + C (2) Au dessus de 500 °C, il se forme du carbonate de sodium, susceptible de réagir ensuite avec le sodium avec une faible chaleur de réaction, de façon endothermique : 4 Na + 3 CO2 ! 2 Na2CO3 + C (3) 4 Na + Na2CO3 ! 3 Na2O + C (4) Cette dernière réaction a été observée en calorimétrie. La réaction a également été étudiée par l’élaboration d’un modèle de jet réactif de CO2 dans du sodium liquide. Ce modèle est fondé sur une hydrodynamique permettant de calculer les vitesses et les débits au sein du jet. Il ne prend pas en compte les phénomènes de glissement entre les phases gazeuse et liquide et repose sur une description homogène du jet. Ce modèle a été validé sur le couple eau-sodium dans les années 1980-1990. Les réactions chimiques et les cinétiques associées, de type Arrhenius, y ont ensuite été introduites. Les facteurs pré-exponentiels des constantes de vitesse et les énergies d’activation sont les paramètres à identifier. Les valeurs prises par les températures en chaque point du jet dépendent de ces paramètres cinétiques, et selon la valeur des constantes de vitesse, il est possible de définir trois domaines où la vitesse de la réaction est lente, modérée ou rapide. Un banc expérimental, appelé DISCO2 (Détermination des Interactions Sodium-CO2), permettant d’estimer les paramètres cinétiques, a été réalisé au CEA de Cadarache. DISCO2 permet de réaliser des jets réactifs de CO2 dans du sodium liquide et d’enregistrer les températures à différentes distances axiales et radiales dans le jet à l’aide d’un peigne de thermocouples. Des essais réalisés dans les deux gammes de température précitées, ont permis de retrouver le seuil de température mis en évidence en calorimétrie. Les campagnes expérimentales menées au cours de la thèse ont permis d’estimer les paramètres dans les deux domaines de température et de consolider le scénario réactionnel. Deux séries de paramètres ont été estimés, chacune dans une des zones délimitées par le seuil de température. Le mécanisme réactionnel introduit dans le modèle a été adapté à chaque zone de température. Les réactions (1) et (3) ont dans un premier temps été considérées comme prépondérantes dans chaque zone, puis le mécanisme a été amélioré en ajoutant les réactions (2) et (4), réactions successives et concurrentes, respectivement des réactions (1) et (3). La deuxième option s’est révélée meilleure dans les deux zones. Le système sodium-CO2 est exothermique et sa réaction est moins vigoureuse, mais plus complexe, que celle du sodium avec l’eau. En effet, elle dépend de la température et, en fonction du lieu où elle prend place dans un échangeur de chaleur, elle ne formera pas les mêmes produits de réaction. Les éléments de modélisation et de cinétique chimique issus de ce travail servent de données d’entrée à l’étude globale de l’interaction Na-CO2 dans les systèmes envisagés, qui permettra de déterminer les dispositifs de détection, sûreté et mitigation associés. / This PhD study consisted in studying reactive mechanisms and kinetics of sodium-CO2 interactions, in the frame of the assessment of an energy conversion system with supercritical CO2 for fast breeder reactors cooled by sodium. The approach was the following. First of all, the interactions between sodium and CO2 have been brought to light by laboratory experiments associated with products analysis. They have enabled the establishment of a coherent mechanism, in agreement with literature data, and gave preliminary indications on the reaction kinetics. In order to estimate a more detailed reaction kinetics, we tried to approach the phenomenon that appears in the case of a leak in a sodium-CO2 heat exchanger. Geometry of such heat exchangers is not fixed for the moment, even if the development of compact exchangers is foreseen. Then, free jets of CO2 in liquid sodium have been modeled in order to obtain, by identification, kinetics parameters of the reaction. Those parameters, estimated with such a geometry, will remain valid with a much complex geometry, that will better represent the real exchanger. An experimental bench has been defined and built to realize those jets. The first laboratory experiments have concluded in the existence of different reactive mechanisms according to the temperature level. A threshold has been brought to light around 500 °C. Below this one, reaction appears moderated, or even, slow, with a medium exothermicity, and appears after an induction period that depends on the temperature, and which duration could reach several hours. At contrary, above this threshold, it seems rapid and more exothermic. Below 500 °C, sodium oxalate is produced, and then reacts with sodium in an exothermic way, following the reactions : CO2 + Na ! 1/4 Na2C2O4 + 1/4 CO + 1/4 Na2CO3 (5) 4 Na + Na2C2O4 ! 3 Na2O + CO + C (6) Above 500 °C, sodium carbonate is produced, and can then possibly react with sodium in an endothermic way, following the reactions : 4 Na + 3 CO2 ! 2 Na2CO3 + C (7) 4 Na + Na2CO3 ! 3 Na2O + C (8) This last reaction has been observed in calorimetry. Reaction has also been studied with the development of a model of a reactive CO2 jet in liquid sodium. This model is based on an hydrodynamics that enables the calculation of speed and flow rates within the jet. It does not take into account sliding phenomenon between liquid and gaseous phases, and propose an homogeneous description of the jet. This model has been validated with sodium-water system during the years 1980-1990. Chemical reactions and associated kinetics, of an Arrhenius type, have been introduced. Pre-exponential factors and activation energies are the parameters to identify. Values taken by temperatures in every point of the jet depend on those parameters, and, according to their values, it is possible to define three areas where the reaction is slow, moderated or rapid. An experimental bench, called DISCO2 (Determination of Sodium-CO2 interactions), that enable the estimation of kinetics parameters, has been built in the CEA of Cadarache. DISCO2 enables to realize reactive jets of CO2 in liquid sodium and to record temperatures within the jet, thanks to a comb of thermocouples. Tests carried out in the two above mentionned ranges of temperature have enabled to find again the temperature threshold seen in calorimetric studies. Experimental campaigns have enabled to estimate parameters in both fields of temperature and to strengthen the reactive mechanism. Two series of parameters have been estimated, each one in both fields of temperature. The reactionnal mechanism introduced into the model was adapted to each area of temperature. The reactions (5) and (7) were initiallyregarded as dominating in each area. Then mechanism has been improved with the addition of reactions (6) and (8), successive and competitor to reactions (5) and (7). The second option appeared better in both areas. Sodium-CO2 system is exothermic and its reaction is less vigorous, but more complex than the one between sodium and water. In fact, it depends on temperature and, according to the place where it takes place, in a heat exchanger, it will not form the same products. Modeling and elements of chemical kinetics resulting from this study will be considered as entry data to the global study of sodium-CO2 interaction in foreseen systems. They will enable the determination of the associated detection, safety and mitigation devices.

Les faisceaux d'aiguilles des assemblages combustibles des réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) se déforment au cours de leur irradiation, ce qui impacte l’écoulement du caloporteur et la distribution de températures dans l’assemblage, dont la connaissance est essentielle pour la démonstration de sûreté. De plus, les mécanismes à l’origine de cette déformation, à savoir le gonflement et le fluage thermique et d’irradiation, dépendent fortement de la température de la gaine du combustible, d'où l'existence d'un couplage entre les évolutions thermo-hydraulique et thermomécanique des assemblages. Par le passé, ce couplage a été négligé dans les simulations numériques, et une approche plus conservative a été privilégiée : les simulations thermo-hydrauliques étaient réalisées sans tenir compte de la déformation géométrique, et les distributions de températures résultantes étaient utilisées comme des données d'entrée pour les simulations thermomécaniques. L'objectif de cette thèse est de définir une méthodologie pour l'évaluation du comportement des assemblages combustibles de type RNR-Na sous irradiation en prenant en compte le couplage entre leurs évolutions thermo-hydraulique et thermomécanique.A cet effet, un nouveau couplage numérique a été développé entre le code industriel de dynamique des fluides numérique (CFD) STAR-CCM+ et DOMAJEUR2, code basé sur la méthode aux éléments finis, développé par le CEA et dédié à la modélisation du comportement thermomécanique des assemblages combustibles RNR-Na sous irradiation. Ce couplage a été réalisé par l'échange de la déformation de la gaine, calculée par DOMAJEUR2, et de son champ de températures, obtenu avec le modèle CFD qui prend en compte de manière explicite la déformation géométrique des aiguilles combustibles. De plus, les conditions aux limites thermo-hydrauliques utilisées dans les simulations CFD, comme le débit massique de sodium dans le faisceau, sont ajustées pour tenir compte de cette déformation.Cette méthodologie a été appliquée à des faisceaux respectivement de 7 et 19 aiguilles combustibles munies de fils espaceurs, avec des caractéristiques géométriques et des conditions aux limites représentatives des RNR-Na de quatrième génération, ont été analysés. Dans le cas des faisceaux combustibles fortement irradiés, les simulations couplées conduisent à une réduction significative de la déformation diamétrale des aiguilles combustibles, par rapport aux simulations non couplées, causée par la prise en compte de l'augmentation de la température de la gaine induite par la déformation. En raison de la déformation plus faible, la contrainte maximale de la gaine a été réduite. De plus, des simulations ont été menées afin de vérifier que, en situation de fonctionnement normal, la dépendance de la neutronique à l’évolution de la thermo-hydraulique et de la thermomécanique est faible. Enfin, une contribution à la validation de cette méthodologie de simulation couplée a été réalisée avec un benchmark numérique basé sur un outil de simulation couplé existant et en simulant l'irradiation d'un assemblage combustible expérimental. Contrairement à l'approche innovante développée dans le cadre de ce travail de thèse, l'outil de simulation existant utilise un modèle thermo-hydraulique simplifié et ne tient pas compte de l'impact de la déformation sur le débit massique du caloporteur, qui, selon les résultats de l'évaluation, a une importance majeure. La simulation de l'irradiation expérimentale a conduit à une déformation maximale de la gaine et un gradient de déformations en accord avec les grandeurs mesurées, bien que des limitations liées aux lois empiriques de gonflement utilisées dans DOMAJEUR2 pour le calcul du gonflement aient été identifiées. La reformulation de ces lois à l'aide de la méthodologie de simulation couplée développée constitue une perspective à ce travail de thèse. / The fuel pin bundles of Sodium-cooled Fast Reactors (SFR) undergo significant geometrical changes during their irradiation, which affect the coolant flow and temperature distributions in the fuel assemblies, the knowledge of which is essential for safety assessments. Moreover, as the mechanisms responsible for the deformation of the fuel bundles, namely the swelling and creep, strongly depend on the fuel cladding temperature, a coupling between the thermal-hydraulic and thermomechanical evolutions of the fuel assemblies exists. In the past, this coupling has been neglected, and a more conservative approach has been preferred. In this conservative approach, the thermal-hydraulic simulations are conducted without considering the geometrical deformation, and the resulting temperature distributions are used as input for the thermomechanical simulations. The objective of this thesis is to define a new methodology for the evaluation of the behavior of SFR fuel bundles under irradiation that considers the coupling between their thermal-hydraulic and thermomechanical evolutions.To this end, a new numerical coupling has been developed between the industrial Computational Fluid Dynamics (CFD) code STAR-CCM+ and DOMAJEUR2, a finite element code dedicated to the modeling of the thermomechanical behavior of SFR fuel assemblies under irradiation. The coupling has been implemented via the exchange of the cladding deformation, calculated by DOMAJEUR2, and its associated temperature field, obtained with a CFD model implemented in STAR-CCM+ that explicitly considers the geometrical deformation of the fuel pins. In addition, the thermal-hydraulic boundary conditions used in the CFD simulations, such as the sodium mass flow rate through the bundle, are also automatically adjusted to account for the deformation.Study cases consisting of bundles of 7 and 19 wire-wrapped fuel pins, with geometrical characteristics and boundary conditions representative of fourth generation SFRs, were analyzed in order to gain insight on the effects of the coupling. For highly irradiated fuel bundles, the coupled simulations were shown to lead to a significant reduction of the diametral strain of the fuel pins, with respect to non-coupled simulations, caused by the deformation-induced cladding temperature increase. Consequence of the lower deformation, the cladding maximal stress was also significantly reduced. Additionally, neutronic simulations were conducted in order to verify that, in nominal operational conditions, its coupling with thermal-hydraulics and thermomechanics is of minor importance. Finally, a contribution to the validation of the developed coupled simulation methodology was realized by performing a numerical benchmark against a preexisting coupled simulation tool, and by simulating the irradiation of an experimental fuel assembly. Unlike the novel approach developed in this work, the preexisting simulation tool employs a simplified thermal-hydraulic model and does not consider the impact of the deformation on the coolant mass flow rate, which was found to be of major importance. The simulation of the experimental irradiation yielded a maximal cladding deformation and deformation gradient that are in good agreement with the measured values, although limitations related to the empirical swelling laws employed in DOMAJEUR2 to compute the swelling were identified. The reformulation of these laws using the developed coupled simulation methodology constitutes a perspective of this work.

This thesis evaluated the new law since 2015 of the support services by Japanese Juvenile Classification Home (JCH) which is a detention facility for juveniles. The support services by the JCHs is providing psychological and educational individualized support who are facing crime-related or deliquency-related problems based on the requests from any individuals and organizations in community. It is based on the classification for the support services in the former law. This study also examined the role of population density among three categories of large, medium-sized, and small prefectures. The relationship between delinquent rates and support services for the juvenile population three years of before and after the new law among the three geographic categories was examined. Delinquent outcome rates significantly decreased among the geographic categories. By contrast, support services by the JCH rates significantly increased among all three geographic categories. Small and medium-sized had more the classification for support services and support services than large prefectures; their support services rate were higher than delinquent rates. With regard to common services, workshop (providing lecture or workshop to the group of people) was most major, institutional counseling (providing individualized services based on the request of organizations) was second, case conference (attending case conference of other organizations), and individual counseling(providing individualized services based on the request or individuals) was third. Most of these four types of services were provided more in small and medium-sized prefectures than large prefectures. The results supported the richness in social capital in small and medium-sized prefectures. Though this study did not examine the effects of support services by the JCH, but it suggested the needs in the community has been increased. Considering the basic characteristics of the support services, it could meet the Risk-Needs-Responsivity principle, but further information about the clients’ basic demographic, risk level, criminological needs and their responsivity is needed in the future.

In recent years, routing research concerning wired networks has focused on minimizing the maximum utilization of the links which is equivalent to reducing the number of bottlenecks while supporting the same traffic demands. This can be achieved using multipath routing with load balancing instead of single path routing using of routing optimizers. However, in the domain of ad hoc networks multipath routing has not been investigated in depth. We would like to develop an analogy between wired and wireless networks, but before that we need to identify the major differences between these two in the case of multipath routing. First, in order to increase the network throughput, the multiple paths have to be independent so they don't share the same bottlenecks. Then, due to radio propagation properties the link capacity is not constant. So using the maximum utilization metric for wireless networks is not suitable. Based on the research done in wired networks, which has shown that using multiple paths with load balancing policies between sourcedestination pairs can minimize the maximum utilization of the links, we investigate if this is applicable to ad hoc networks. This paper proposes a multipath routing algorithm with a load balancing policy. The results obtained from an indoor 802.11g network highlight two major points. The maximum throughput is not achieved with multipath routing, but with single path routing. However, the results on the delivery ratio are encouraging, indeed we observe a real improvement thanks to our multipath routing algorithm. / På senare år har routning forskningen angående trådnätverken focusen på att minska den maximala användingen av länkar vilket motsvarar än reducering av flaskhalsar medan man stöder samma trafikkrav. Det här kan åstadkommas genom att av multiväg routning med lasta balansering I stället för använder enkelvägrouting med routing optimizers. Emellertid har inom ad hoc nätverken multiväg routning har inte blivit undersökts på djupet. Vi skulle vilja utveckla en analogy emellan trådnätverk och trådlösnätverken.men främföre det behöver identifiera de store differenserna mellan dessa två vid multiväg routning. För det första måste de flerfaldiga vägarna vara oberoende för att öka nätverkens throughput så de inte delar samma flaskhalsar. Sedan är länkkapaciteten inte constant på grund av radiospridningsegenskaperna. Så den maximal användningsmetric för trådlös nätverken passar inte. Den här arbetetet föreslår en multiväg routning algoritm med lasta balanseringen. Resultaten få från en indoor 802.11g nätverk framhåller ger två store meningen. Den maximala throughput är inte åstadkoms med multiväg routing, men med enkelväg routning. Emellertid är resultaten på den leveransförhållande uppmuntrande; vi observera en verklig förbättring tack vare vår multiväg routning algoritmen.

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La division cellulaire est un processus fondamental des êtres vivants. À chaque division cellulaire, le matériel génétique d'une cellule mère est dupliqué et ségrégé pour produire deux cellules filles identiques; un processus nommé la mitose. Tout d'abord, la cellule doit condenser le matériel génétique pour être en mesure de séparer mécaniquement et également le matériel génétique. Une erreur dans le niveau de compaction ou dans la dynamique de la mitose occasionne une transmission inégale du matériel génétique. Il est suggéré dans la littérature que ces phénomènes pourraient causé la transformation des cellules cancéreuses. Par contre, le mécanisme moléculaire générant la coordination des changements de haut niveau de la condensation des chromosomes est encore incompris. Dans les dernières décennies, plusieurs approches expérimentales ont identifié quelques protéines conservées dans ce processus. Pour déterminer le rôle de ces facteurs dans la compaction des chromosomes, j'ai effectué un criblage par ARNi couplé à de l'imagerie à haute-résolution en temps réel chez l'embryon de C. elegans. Grâce à cette technique, j'ai découvert sept nouvelles protéines requises pour l'assemblage des chromosomes mitotiques, incluant la Ribonucléotide réductase (RNR) et Topoisomérase II (topo-II). Dans cette thèse, je décrirai le rôle structural de topo-II dans l'assemblage des chromosomes mitotiques et ces mécanismes moléculaires. Lors de la condensation des chromosomes, topo-II agit indépendamment comme un facteur d'assemblage local menant par la suite à la formation d'un axe de condensation tout au long du chromosome. Cette localisation est à l'opposé de la position des autres facteurs connus qui sont impliqués dans la condensation des chromosomes. Ceci représente un nouveau mécanisme pour l'assemblage des chromosomes chez C. elegans. De plus, j'ai découvert un rôle non-enzymatique à la protéine RNR lors de l'assemblage des chromosomes. Lors de ce processus, RNR est impliqué dans la stabilité des nucléosomes et alors, permet la compaction de haut niveau de la chromatine. Dans cette thèse, je rapporte également des résultats préliminaires concernant d'autres nouveaux facteurs découverts lors du criblage ARNi. Le plus important est que mon analyse révèle que la déplétion des nouvelles protéines montre des phénotypes distincts, indiquant la fonction de celles-ci lors de l'assemblage des chromosomes. Somme toute, je conclus que les chromosomes en métaphase sont assemblés par trois protéines ayant des activités différentes d'échafaudage: topoisomérase II, les complexes condensines et les protéines centromériques. En conclusion, ces études prouvent le mécanisme moléculaire de certaines protéines qui contribuent à la formation des chromosomes mitotiques. / Cell division is a fundamental process that continuously happens in all living organisms. In each cell division, genetic material of the parent cell duplicates and segregates to produce genetically identical daughter cells in a process called mitosis. Cells need to condense their genetic material to be able to partition them equally. Any subtle defects, either timing or compaction level, could lead to the unequal inheritance of genetic material, a phenomenon that is believed to be the leading cause of cancerous transformation. However, the precise molecular mechanisms underlying the coordinated changes of higher-order chromosome structure are poorly understood. In the last two decades, various approaches have identified several conserved factors required for chromosome condensation. To define the roles of known and novel factors in this process, I performed an RNAi based screen using high-resolution live imaging of the C. elegans one-cell embryo. Importantly, using an in vivo approach, I discovered seven novel factors required for mitotic chromosome assembly, including Ribonulceotide reducatase (RNR) and DNA topoisomerase II (topo-II). In this thesis, I report a structural role for topo-II in mitotic chromosome assembly and underlying molecular mechanisms. During chromosome condensation process, topo-II acts independently as a local assembly factor leading to global chromosome axis formation, contradicting models that chromosomes organize around preassembled scaffolds, thus representing a novel pathway for chromosome assembly in C. elegans. Furthermore, I also discovered a non-enzymatic role of RNR in the mitotic chromosome assembly process. During this process, RNR is involved in nucleosome stability, and thereby, it allows higher-order chromatin assembly. In this thesis, I also report preliminary data for other novel factors that I discovered in the RNAi based screen for factors involved in chromosome condensation. Importantly, my analyses revealed that the depletion of several proteins results in distinct chromosome condensation phenotypes, indicating that they function in discrete events during mitotic chromosome assembly. In sum, I conclude that metaphase chromosomes are built by the distinct scaffolding activities of three proteins: DNA topoisomerase II, condensin complexes and centromere proteins. Taken together, these studies provide underlying molecular mechanisms contributing to the mitotic chromosome formation.