Dans le cadre de la modélisation et de la simulation du comportement des combustibles nucléaires des différentes filières de réacteurs, l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache, en partenariat avec différents acteurs industriels et académiques,développe la plateforme logicielle de simulation du comportement des combustibles PLEIADES. Dans ce contexte, l’interaction entre le combustible et sa gaine, 1ère barrière de confinement, est un phénomène indispensable pour la compréhension et la prédiction du comportement des éléments combustibles.
La modélisation et la simulation numérique des phénomènes de contact mécanique constituent un enjeu scientifique et technologique majeur en mécanique des solides, en raison de la complexité intrinsèque du problème, liée à son caractère fortement non linéaire et non régulier.
Pour pallier les limites des approches classiques, telles que la pénalisation ou les multiplicateurs de Lagrange, de nouvelles stratégies de résolution du contact, reposant sur des schémas itératifs de type point fixe, sont actuellement à l’étude au CEA. Ces approches présentent plusieurs atouts : elles évitent la résolution directe de systèmes complexes et mal conditionnés, améliorent significativement l’efficacité numérique, et offrent une très faible sensibilité aux paramètres algorithmiques, ce qui les rend particulièrement adaptées aux environnements de calcul haute performance (HPC).

L’objectif de la thèse est d’étendre ces stratégies à des situations plus complexes et représentatives, en prenant en compte des comportements matériaux non linéaires et en intégrant des lois de contact plus élaborées, telles que le frottement. Selon l’avancement des travaux, la dernière phase portera sur la transposition des développements dans un environnement de calcul haute performance (HPC), en s’appuyant sur un solveur éléments finis parallèle.
Le projet bénéficiera d’une expertise reconnue à l’international en mécanique, en mathématiques appliquées, et en simulation des combustibles nucléaires avec des encadrants au sein du CEA mais également des collaborations académiques externes (CNRS).

[1] P. Wriggers, "Computational Contact Mechanics", Springer, 2006. doi:10.1007/978-3-540-32609-0.
[2] V. Yastrebov, "Numerical Methods in Contact Mechanics", ISTE Ltd and John Wiley & Sons, 2013. doi: 10.1002/9781118647974
[3] I. Ramière and T. Helfer, “Iterative residual-based vector methods to accelerate fixed point iterations”, Computers & Mathematics with Applications, vol. 70, no. 9, pp. 2210–2226, 2015. doi: 10.1016/j.camwa.2015.08.025.