Modélisation de la corrosion par la méthode des automates cellulaires : prise en compte de la diffusion en solution et du transfert thermique.

Les dégradations des matériaux engendrées par la corrosion constituent un enjeu majeur dans l’industrie. Leur étude expérimentale en laboratoire, nécessaire dans la plupart des cas, s’avère souvent lourde à mettre en œuvre. Elle a aussi ses limites, car les processus mis en jeu s’effectuent en général sur des durées longues et dans des environnements complexes qui sont donc difficiles à reproduire. Dans ce contexte la modélisation est une approche puissante et complémentaire de l’approche expérimentale, dans la mesure où elle est susceptible d’aboutir au développement d’outils numériques prédictifs et/ou d’aide à l’interprétation.
La modélisation par la méthode des automates cellulaires (AC), proposée dans cette thèse, est utilisée dans des domaines aussi variés que la physique, la biologie, la chimie, les sciences sociales.
Elle consiste à paver un espace avec un réseau de cellules identiques, chacune étant caractérisée à l’instant t par un état (qui fait partie d’un ensemble prédéfini d’états possibles) dont l’évolution temporelle est calculée au moyen de règles de transition qui prennent en compte les états des cellules voisines. Son principal atout est de permettre d’explorer la dynamique spatio-temporelle de représentations simplifiées de systèmes susceptibles d’être très complexes dans la réalité.
D’importantes avancées concernant la modélisation de la corrosion par la méthode des AC ont été réalisées depuis une dizaine d’années au CEA/DPC/SCCME/LECA. Le passage en 3D de certains modèles 2D existants a notamment été réalisé avec succès, de même que le couplage de réactions anodiques et cathodiques spatialement séparées. Cela a permis d’étudier avec le même modèle la compétition entre corrosion généralisée et différents types de corrosion localisée. Des modèles 3D de corrosion inter-granulaire ont également été développés.
Dans la thèse proposée ici il s’agira de développer un modèle par AC permettant d’étudier des processus de corrosion dans lesquels la diffusion des espèces corrosives en solution et/ou une température à la fois variable dans le temps et inhomogène dans l’espace peuvent s’avérer dimensionnantes (corrosion par piqûre, par crevasse, évolution de défauts macroscopiques). On tirera profit d’une part du fait que les équations régissant le transport diffusif et les transferts thermiques sont similaires (elles seront simulées à l’aide de marches aléatoires en 3D) et d’autre part du fait que la méthode des AC est particulièrement adaptée pour l’étude de phénomènes mettant en jeu des interfaces/frontières (lieux des réactions électrochimiques lors des processus de corrosion) qui évoluent dans le temps.
Le modèle développé sera implémenté en langage C et en CUDA, afin de permettre d’effectuer des simulations sur des calculateurs mixtes CPU/GPU (programmation parallèle sur cartes graphiques). Le développement de code constituera donc l’activité principale, les simulations s’effectuant sur des machines dédiées du CEA et de l’ENSCP. Afin de valider les résultats fournis par le modèle on se référera à des résultats expérimentaux sélectionnés dans la littérature et parmi les données du SCCME/LECA.

Compréhension des mécanismes de corrosion et moyens de mitigation de la corrosion dans un sel NaCl-ThCl4-UCl3. Application aux réacteurs du futur à combustible et caloporteur sels fondus

Le concept de réacteur à sels fondus repose sur le fait de dissoudre le combustible dans un sel fondu. Ce concept de combustible liquide est très innovant et représente à de nombreux égards un concept en rupture par rapport aux réacteurs actuels qui reposent tous sur l’utilisation d’un combustible solide et d’un fluide d’extraction de puissance. Récemment, l’émergence de start-up américaines proposant ce concept innovant et l’effort important effectué en Chine ont relancé un nouvel intérêt dans le monde pour l’étude de cette filière qui présente un certain nombre d’avantages, réels et potentiels, par rapport à l’utilisation du combustible solide, notamment en termes d’incinération et de sûreté intrinsèque. Pour construire d’abord un démonstrateur de faisabilité de ce concept en rupture, une recherche poussée est nécessaire pour acquérir des données et justifier la tenue des barrières de confinement en premier lieu la barrière métallique au contact du sel. Dans le cas des réacteurs à sels fondus, les matériaux de structures, des alliages base nickel, sont choisis de façon à optimiser leur comportement à la corrosion et à haute température. En effet, la corrosion des matériaux est un des points critiques à lever pour construire ce réacteur. La compréhension fine des mécanismes de corrosion de l’alliage choisis comme matériau de structure, d’une part, et d’autre part de la chimie du sel ternaire NaCl-ThCl4-UCl3 envisagé, sont nécessaire pour prévoir la corrosion subie par le matériau pour la durée de vie du démonstrateur. Ces études permettront de mettre au point plusieurs voies de mitigation de la corrosion. Ces procédés seront chacun testés, évalués, dans des conditions nominales puis aggravées.
La thèse se déroulera donc en deux parties, la première sera consacrée à la compréhension des mécanismes de corrosion de l’alliage et de la chimie du sel NaCl-ThCl4-UCl3. Pour cela des essais seront réalisés à l’IPN d’Orsay et les mécanismes de corrosion et les études de chimie seront établis via des techniques électrochimiques et des caractérisations microstructurales d’échantillons corrodés (thermogravimétrie, MEB, MET, XPS, Raman, SDL…). En second lieu des essais de protection du matériau par différents types de contrôle du redox du sel seront effectués puis testés en environnements nominal et aggravés.
Cette démarche, permettra de relever un défi majeur et ambitieux de contrôle de la corrosion pour un procédé énergétique innovant.

Étude de l’élaboration de l’acier inoxydable martensitique 13-4 par Laser Metal Deposition : influence des paramètres du procédé, des caractéristiques de la poudre et des post-traitements sur la microstructure et les propriétés mécaniques à rupture

Les procédés de fabrication additive sont aujourd’hui largement étudiés pour de nombreuses applications dans le domaine de l’industrie nucléaire. Les études dédiées à l'optimisation du procédé de fabrication additive métallique Laser Metal Deposition (LMD) pour l’élaboration et la mise en forme d’un acier martensitique inoxydable 13-4 ont pour objectif l’obtention d’un matériau avec des propriétés mécaniques à rupture, notamment en résilience, conformes aux spécifications d’usage. Ces travaux explorent les relations complexes entre les caractéristiques microstructurales (phase en présence, structure granulaire, texture, précipitation...) induite par le procédé et les performances mécaniques qui en résultent.
La fabrication additive, en particulier le procédé LMD, offre des avantages multiples en matière de flexibilité de conception et de personnalisation des composants métalliques. Cependant, l'obtention de propriétés mécaniques à rupture conformes aux spécifications est un défi majeur, en particulier pour des applications à haute température en milieu corrosif.
Cette thèse se focalise sur l’optimisation du procédé LMD pour garantir que les composants fabriqués en acier martensitique inoxydable 13-4 présentent des caractéristiques microstructurales et des performances mécaniques en adéquation avec les applications visées, en mettant un accent particulier sur les propriétés de résilience. La détermination des paramètres de procédé optimaux, incluant les caractéristiques des poudres et des post-traitements associés, l'analyse de la microstructure, et la corrélation entre la microstructure et les propriétés mécaniques constituent un challenge majeur pour la maîtrise complète de ce procédé.

Etude des relations ténacité - microstructure de nouveaux aciers nano-renforcés à haute performance

Les aciers ODS sont envisagés comme matériau pour les réacteurs de quatrième génération. Ils offrent une haute résistance en traction, en fluage [1-3]. Ce haut niveau de renforcement s’accompagne d’une réduction de la ductilité et de la ténacité. La mise en forme de tubes modifie la microstructure, il convient donc d’évaluer les propriétés du matériau sous sa forme finale. Les travaux de B. Rais [4] ont permis de comparer les différents essais et de développer un essai et une méthode d’analyse pour la mesure de ténacité sur tube mince.

Cette présente thèse utilisera ce nouvel essai afin d’évaluer la ténacité de diverses nuances ODS. Des microstructures variées issues de productions historiques et récentes permettront d’identifier les mécanismes, les paramètres clés pilotant la ténacité et d’identifier les paramètres microstructuraux qui pilotent la réponse du matériau. Dans ce travail on s’intéressera à des nuances ferritiques / martensitiques dont certaines sont issues d’un procédé de fabrication qui fait l’objet d’un dépôt de brevet [5-6] et pour lesquelles on observe pour la première fois des propriétés en résilience remarquables, associées à des bonnes propriétés mécaniques à chaud.

L’étude s’appuiera sur une confrontation expérience / modélisation. Ce travail de recherche appliquée permettra à l’étudiant d’acquérir des compétences solides en mécanique de la rupture et en caractérisation fine des matériaux (MEB, EBSD…). La bonne compréhension des relations propriétés mécaniques / microstructure permettra de comprendre l’origine des propriétés observées et de proposer de nouvelles optimisations sur les microstructures pour améliorer le comportement mécanique et / ou la mise en forme du matériau.

*Profil étudiant : Ingénieur ou M2 Mécanique / Matériaux
*Possibilité de faire un stage de Master / fin d'étude sur ce sujet en préalable à la thèse

Effet du champ de déformation élastique sur la formation sur les défauts d’irradiation formés dans des métaux purs

Dans le contexte actuel de prolongation de la durée de fonctionnement des centrales nucléaires actuelles, un important programme de surveillance des matériaux de structure est en place. Il est primordial pour contrôler le vieillissement des matériaux et garantir leurs propriétés mécaniques. Lors du fonctionnement de la centrale, les matériaux sont soumis à une irradiation. Lors de cette sollicitation, la structure interne des matériaux évolue et de nombreux défauts sont créés, ce qui dégrade les propriétés macroscopiques et peut conduire à une limitation de la durée de vie des pièces. Le travail proposé est une étude fondamentale menée sur des matériaux modèles, dans le but d'approfondir notre compréhension du comportement sous irradiation des alliages métalliques. Il permettra d’alimenter la modélisation multi-échelle des matériaux, couvrant les défauts créés à l'échelle nanométrique jusqu'au niveau des composants nucléaires.
L’irradiation des matériaux avec des particules de haute énergie comme les neutrons, les ions ou les électrons génère un grand nombre de défauts appelés défauts ponctuels (DP). Ces DP, mobiles, peuvent migrer et s’agglomérer sous forme d’amas pour former des objets bidimensionnels comme des boucles prismatiques ou tridimensionnels comme des cavités. Ils peuvent également être éliminés au niveau de puits de DP. Le système est alors le siège de flux de DP orientés en direction de ces puits. Ces flux sont à l’origine de phénomènes de précipitation ou de ségrégation d’atomes de soluté [1] [2]. La présence de DP agglomérés et de flux de DP modifie la microstructure et peut détériorer les propriétés physiques des matériaux irradiés. En particulier, la formation de boucles prismatiques dégrade les propriétés mécaniques des matériaux car elles peuvent ralentir les dislocations et générer de la fragilisation [3]. Dans une étude précédente, nous nous étions intéressés aux défauts lacunaires sous forme de cavités et avions étudié le facettage de défauts formés dans un métal faiblement anisotrope, l’aluminium, grâce à des irradiations in-situ dans un microscope électronique en transition (MET) à haute résolution (MET-HR).
Le travail proposé a pour ambition d’aller plus loin dans l’étude de l’impact des champs de déformation élastiques sur les morphologies des défauts d’irradiation. Plus précisément, il a pour objectif de réaliser une étude systématique sur différents métaux présentant des coefficients d’anisotropie différents. Nous avons choisi des métaux de référence de structure cubique centrée (CC) comme le fer ou le chrome et cubique à faces centrées (CFC) comme l’aluminium ou le cuivre présentant des coefficients d’anisotropie faibles ou élevés et pourra être étendue à des alliages de complexité supérieure comme les alliages à haute entropie (HEA).
Le travail sera principalement expérimental. Les métaux étudiés sont des monocristaux présentant la même orientation [100] pour s’affranchir de l’effet des surfaces sur la forme des objets formés. Ils seront irradiés aux ions lourds à des températures normalisées par rapport à leur température de fusion soit in-situ dans la plateforme Jannus Orsay, soit ex-situ dans la plateforme Jannus du CEA de Saclay [6]. Les boucles seront imagées par MET conventionnel ou STEM avec des microscopes de type FEI Tecnai et Jeol NeoARM. Ce dernier est un appareil de toute dernière génération, équipé d’un double correcteur d’aberration de sphéricité. Le travail sera réalisé dans le cadre du laboratoire de recherche commun (LRC) MAXIT regroupant notamment le SRMP et le LEM (CNRS/ONERA).
Le travail comportera également un volet numérique. Les effets d’anisotropie cristalline sur la morphologie des boucles prismatiques seront étudiés par l'utilisation d'un code de champ de phases [4]. L’arrangement spatial des boucles sera étudié en Monte-Carlo sur objet (OKMC) [5], comme cela a été fait récemment dans l’aluminium. Dans le cadre du stage, un seul de ces axes numériques sera abordé.

Le travail est réalisé à la suite d’un travail post-doctoral de 2 ans qui s’achèvera en décembre 2023 et qui a permis de développer des approches de type intelligence artificielle (IA) pour accélérer la détection automatique des défauts créés sous irradiation [7]. L’utilisation de ces approches permettra d’améliorer significativement la statistique et la précision des résultats.

Avantage pour l’étudiant: Le stagiaire évoluera dans un laboratoire constitué de 25 chercheurs et d’environ 25 étudiants chercheurs (doctorants, post-doctorants ou stagiaires) où une règne une forte émulation scientifique. Les activités sont à la fois expérimentales et de simulation. Il aura donc l’occasion d’interagir avec des personnes compétentes dans son sujet.

[1] M. Nastar, L. T. Belkacemi, E. Meslin, et M. Loyer-Prost, « Thermodynamic model for lattice point defect-mediated semi-coherent precipitation in alloys », Communications Materials, vol. 2, no 1, p. 1-11, mars 2021, doi: 10.1038/s43246-021-00136-z.
[2] L. T. Belkacemi, E. Meslin, B. Décamps, B. Radiguet, et J. Henry, « Radiation-induced bcc-fcc phase transformation in a Fe3%Ni alloy », Acta Materialia, vol. 161, p. 61-72, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.08.031.
[3] M. Lambrecht et al., « On the correlation between irradiation-induced microstructural features and the hardening of reactor pressure vessel steels », Journal of Nuclear Materials, vol. 406, no 1, p. 84-89, 2010, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.05.020.
[4] A. Ruffini, Y. Le Bouar, et A. Finel, « Three-dimensional phase-field model of dislocations for a heterogeneous face-centered cubic crystal », Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 105, p. 95-115, août 2017, doi: 10.1016/j.jmps.2017.04.008.
[5] D. Carpentier, T. Jourdan, Y. Le Bouar, et M.-C. Marinica, « Effect of saddle point anisotropy of point defects on their absorption by dislocations and cavities », Acta Materialia, vol. 136, p. 323-334, sept. 2017, doi: 10.1016/j.actamat.2017.07.013.
[6] A. Gentils et C. Cabet, « Investigating radiation damage in nuclear energy materials using JANNuS multiple ion beams », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 447, p. 107-112, mai 2019, doi: 10.1016/j.nimb.2019.03.039.
[7] T. Bilyk, A. M. Goryaeva, E. Meslin, M.-C. Marinica, Quantification of radiation damage in high entropy alloys by deep learning approach, 2-7/10/2022, MMM2022, Baltimore, USA

Impact des paramètres d’irradiation sur la formation de la phase alpha’ dans les aciers renforcés par dispersion d’oxydes (ODS)

Les aciers ferritiques-martensitiques renforcés par dispersion d'oxydes (aciers ODS) sont des matériaux d’intérêt pour la filière nucléaire. Composés majoritairement de fer et de chrome, ces matériaux peuvent être fragilisés par la précipitation sous irradiation d’une phase riche en chrome, la phase alpha prime. Cette phase, réputée sensible aux conditions d’irradiation, en fait un sujet idéal pour mieux comprendre les limites de la transférabilité ions-neutrons. En effet, si les irradiations aux ions sont fréquemment utilisées pour comprendre les phénomènes observés sous irradiation neutronique, la question de leur représentativité est régulièrement soulevée.
Dans cette thèse, nous cherchons donc à comprendre dans quelle mesure les paramètres des irradiations impactent les caractéristiques de la phase alpha’ dans les aciers ODS. Pour cela, des aciers ODS seront irradiés dans différentes conditions (flux, dose, température type de particules (ions, neutrons, électrons)) puis analysés à l’échelle nanométrique. Les caractéristiques des nano-oxydes (taille, densité) et de la phase alpha’ (taille, teneur en Cr), obtenues pour chacune des conditions d’irradiation, seront comparées à celles d’un échantillon de MA957 après irradiation aux neutrons.

Elaboration, caractérisation et modélisation de films minces à base d’oxydes (Mn,Co)3O4 appliquées aux revêtements contre la corrosion et à la spintronique

Les spinelles de métaux de transition apparaissent spontanément lors de la corrosion généralisée des aciers ou alliages en milieu aqueux ou gazeux à haute température. Ces phases spinelles de type AB2O4 forment une couche de corrosion continue et régissent de ce fait les processus de corrosion car elles régulent la conductivité et le transport de matière entre le matériau et le milieu. Ces spinelles sont aussi déposés volontairement comme revêtements de protection contre les phénomènes de dégradation. En particulier, le système spinelle Mn-Co-O est très prometteur en tant que couche conductrice protectrice sur l’acier inoxydable ferritique utilisé pour fabriquer des interconnexions dans les piles à combustibles à oxyde solide pour la production d’hydrogène vert. Le choix de la composition de ces phases spinelle détermine évidement les caractéristiques de protection des revêtements. Ces caractéristiques sont particulièrement délicates pour les matériaux des électrolyseurs à haute température car le transport électronique doit être optimal (électrolyse importante) mais ne doit pas s’accompagner de transport de matière (diffusion des cations faible).
Paradoxalement, les propriétés de transport des spinelles de métaux de transition sont en général mal connues. Les mesures sont faites sur des couches de corrosion ou des revêtements de compositions variables, de faibles cristallinités, de microstructures complexes et de surcroit de faibles épaisseurs. Par ailleurs, les spinelles montrent des propriétés magnétiques et de désordre cationique en fonction de la composition largement ignorés alors qu’elles ont un impact fort sur le transport. Ce sont précisément ces propriétés magnétiques et de transport qui présentent un intérêt majeur dans le domaine de la spintronique. Ainsi, la manipulation de la composition chimique de ces oxydes de structure spinelle (normale, inverse ou mixte) offre une large gamme de propriétés magnétiques (ferrimagnétique, antiferromagnétique) et électroniques (semi-métallique, semi-conducteur, isolant). En particulier CoMn2O4, est prédit avoir une configuration magnétique complexe [1], reliée principalement à l’arrangement des cations Co2+ et Mn3+ dans les sites interstitiels, qu’il convient d’analyser en détail. Ces études physiques requièrent, à l’inverse des couches de corrosion, la synthèse de couches minces de composition et de cristallinité bien maitrisées.
L’objectif de la thèse est d’une part d’apporter les connaissances structurales et physiques des oxydes modèles de composition chimique (Mn,Co)3O4 pour contribuer à l’élaboration de diagramme de phase (Mn-Co-O) et d’autre part de développer un modèle de transport électronique reposant sur la relation entre ordre/désordre – propriétés magnétiques et résistivité pour les spinelles (Mn,Co)3O4 et à terme sur l’ensemble des spinelles (Fe,Cr,Mn,Co)3O4. Les investigations seront conduites sur des couches minces de composition parfaitement maitrisées, de grande cristallinité et seront complétées par des simulations numériques. L’ensemble des travaux expérimentaux et de modélisation s’appuiera sur les résultats des études précédentes sur les couches simples de spinelles de composition (Ni,Fe,Cr)3O4 [2,3].
La thèse comportera plusieurs volets :
- Croissance de couches minces et multicouches par MBE (Molecular Beam Epitaxy) (J.-B. Moussy)
- Caractérisations spectroscopiques par XPS (X-ray photoemission spectroscopy) (F. Miserque)
- Caractérisations structurales fines par DRX et par absorption X (XMCD) (P. Vasconcelos)
- Modélisation des spectres XPS et d’absorption X, et modélisation atomistique (A. Chartier)
- Caractérisations magnétiques par magnétométrie SQUID/VSM et électriques (J.-B. Moussy)
[1] Systematic analysis of structural and magnetic properties of spinel CoB2O4 (B= Cr, Mn and Fe) compounds from their electronic structures, Debashish Das, Rajkumar Biswas and Subhradip Ghosh, Journal of Physics: Condensed Matter 28 (2016) 446001.
[2] Stoichiometry driven tuning of physical properties in epitaxial Fe3-xCrxO4 thin films, Pâmella Vasconcelos Borges Pinho, Alain Chartier, Denis Menut, Antoine Barbier, Myrtille O.J.Y. Hunault, Philippe Ohresser, Cécile Marcelot, Bénédicte Warot-Fonrose, Frédéric Miserque, Jean-Baptiste Moussy, Applied Surface Science 615 (2023) 156354.
[3] Elaboration, caractérisation et modélisation de films minces et multicouches à base d’oxydes (Ni,Fe,Cr)3O4 appliquées à la corrosion et à la spintronique, A. Simonnot, thèse en cours.

Etude expérimentale et modélisation de l'oxydation à haute température d'un substrat en alliage de zirconium revêtu au chrome

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la recherche et du développement de matériaux plus résistants en conditions extrêmes à haute température. On s’intéresse ici plus particulièrement à un nouveau concept de gaines de combustible nucléaire à base de zirconium revêtues de chrome. L’objectif du sujet de thèse est d’adapter le code Ekinox-Zr, initialement développé pour décrire les phénomènes de diffusion dans les gaines de Zr non revêtues, aux gaines revêtues de Cr de sorte à construire un nouveau code « Ekinox-Zr-Cr ». Ce travail comportera deux parties : une partie modélisation/simulation et une partie expérimentale ayant pour but de déterminer les coefficients de diffusion des espèces Cr, Zr et O dans les différentes phases du système, paramètres essentiels pour la modélisation. Des expériences d’oxydation à haute température des gaines revêtues seront aussi utilisées pour mieux comprendre ces mécanismes et les comparer aux résultats obtenus avec le code Ekinox-Zr-Cr construit tout au long de la thèse.

Fissuration différée par hydruration (DHC) de gaines de combustible nucléaire : expériences, modélisations et simulations numériques des effets de microstructure

La corrosion des gaines de combustible nucléaire par l’eau du circuit primaire lors de leur passage en réacteur conduit à leur hydruration. La fissuration différée par hydruration (DHC) est susceptible d’intervenir ultérieurement, lors de leur entreposage à sec. Cette fissuration nécessite un défaut pré-existant et un historique thermo-mécanique permettant de mettre en œuvre le mécanisme itératif suivant : diffusion d’hydrogène, précipitation d’hydrures en pointe de fissure et rupture de la zone ainsi fragilisée. Au cours d’une thèse précédente réalisée dans le laboratoire d’accueil, une procédure originale couplant expériences et simulations numériques par éléments finis a permis de déterminer la ténacité des gaines de Zircaloy-4 détendu non irradiées en cas de DHC, et de rendre compte de l’effet du chargement mécanique et de la température sur le temps d’incubation et la vitesse de fissuration entre 150 et 250 °C. L’objectif de la présente thèse est d’une part d’appliquer cette procédure à un matériau de gainage plus moderne (le M5 recristallisé) et d’autre part de développer une modélisation à l’échelle fine de la microstructure pouvant rendre compte des effets sur la DHC de la texture (cristallographique et morphologique), de la direction et du plan de propagation, ainsi que de l’irradiation.
Cette thèse constitue pour le candidat l’occasion d’adopter une démarche scientifique pluridisciplinaire alliant métallurgie, mécanique et physico-chimie, en s’appuyant sur des techniques expérimentales et numériques de pointe développées au CEA et à l’Ecole des Mines. Les compétences qu’il sera ainsi amené à acquérir pourront donc être valorisées lors de la suite de sa carrière dans le monde industriel (y compris hors nucléaire) ou académique.

Caractérisation expérimentale et simulation numérique de la rupture d’oxydes intergranulaires : Application à la corrosion sous contraintes assistée par l’irradiation

Les alliages métalliques utilisés dans les applications industrielles peuvent former des couches d’oxydes en présence d’un environnement corrosif. Ces oxydes peuvent être répartis en surface et / ou se localiser au niveau des joints de grains. Dans ce dernier cas, les joints de grains oxydés peuvent rompre de manière fragile sous chargement mécanique, et potentiellement conduire à la rupture intergranulaire du matériau. Ce mécanisme est par exemple un scénario possible de la rupture de vis en acier inoxydable austénitique utilisées dans les Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). Sous l’effet du chargement mécanique, de l’irradiation par les neutrons et de la présence de l’environnement corrosif, ces vis peuvent se fissurer par un phénomène appelé corrosion sous contraintes assistée par l’irradiation. La modélisation de ce phénomène passe d’une part par la détermination des propriétés de rupture des oxydes intergranulaires, et d’autre part par la prise en compte des couplages entre fissuration, oxydation et irradiation. Dans cette thèse, une approche originale qui combinera expériences et simulations numériques est proposée. Dans un premier temps la mise en oeuvre de simulations numériques basées sur l’approche variationnelle de la rupture sera abordée pour concevoir des expériences de micromécanique de type micro-poutres visant d’une part à déterminer les propriétés de rupture des oxydes de manière fiable et d’autre part à étudier les couplages entre fissuration, oxydation et irradiation. En particulier, le couplage fissuration – oxydation préfigurant la transition entre amorçage et propagation sera étudié en détail. Dans un second temps, ces expériences seront réalisées sur des aciers modèles et d’intérêt industriel, puis interprétées à l’aide des simulations numériques. L’ensemble des résultats obtenus sera finalement incorporé dans des simulations d’agrégats polycristallins afin d’évaluer la possibilité de prédire de manière quantitative la fissuration intergranulaire dans le cadre du phénomène de corrosion sous contraintes assistée par l’irradiation.
A l’issue de la thèse, le doctorant aura acquis des compétences à la fois expérimentales – essais micromécaniques – et numériques – simulations numériques de rupture – à la pointe de l’état de l’art et applicables à un grand nombre de problématiques en mécanique des matériaux.
Un stage de Master 2 / fin d’études préparatoire à la thèse est disponible en 2024.

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