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Développement d’un modèle prédictif de l’usure par une approche expérimentale, théorique et numérique : applications aux composants REP.

Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Dans le contexte industriel des réacteurs à eau sous pression (REP) de la flotte de centrales nucléaires françaises, les internes de cuve des REP susceptibles d'être affectés par l'usure font l’objet d’une surveillance particulière.

Face à ces enjeux, EDF et CEA souhaitent améliorer la compréhension et la prédiction du phénomène d'usure, non seulement pour optimiser les opérations de maintenance et améliorer la conception des composants, mais également pour optimiser les actions de recherche et de développement tout en garantissant la fiabilité des résultats obtenus. Parmi les objectifs techniques et scientifiques définis dans le cadre de leur collaboration menée depuis 2014, l’évolution et l'amélioration des moyens d'essais d'usure et des jumeaux numériques associés revêt une importance particulière dont celle de la modélisation du phénomène d’usure lui-même.

L’objectif de la thèse est de proposer un modèle prédictif de l’usure par une approche expérimentale, théorique et numérique. Un des challenges scientifiques sera d’identifier une grandeur mécanique pertinente qui caractérise de façon satisfaisante l’usure, et qui permette de représenter avec fidélité la force motrice du phénomène, de son incubation à sa propagation, indépendamment des géométries des composants en contact et des chargements qu’ils subissent. D’un point de vue théorique, on se placera dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus avec des surfaces de contact mobiles où l’usure est le résultat de l’endommagement progressif du matériau. Les travaux récents initiés au CEA dans la thèse de Quentin Caradec [CARADEC] s’inscrivent dans cette démarche. L’évolution de l’endommagement, représentatif de l’usure, y est représentée par une approche de type thick level-set. Cette approche permet, à partir d’une loi d’endommagement, de formuler une loi de propagation de la surface usée. La pertinence de ce modèle devra être vérifiée via une confrontation des résultats issus de sa mise en œuvre numérique dans le code aux éléments finis Cast3M du CEA (http://www-cast3m.cea.fr/) avec ceux issus des essais qui auront été réalisés, où l’étude de l’usure par abrasion sera privilégiée au regard du retour d’expérience des REP.

Issu(e) des grandes écoles d’ingénieurs ou titulaire d’un Master 2 (M2), le (la) candidat(e) devra présenter des compétences en mécanique des structures et des matériaux, et en simulation numérique.

A l’issue de la thèse, l’expérience de l’étudiant(e) pourra être valorisée vers des postes de chercheurs dans l’industrie (nucléaire, automobile, ferroviaire, aéronautique, médicale, …), et dans le réseau académique.

Un stage de M2 est proposé préalablement à la thèse sur le même sujet. Candidater à ce stage n’est pas une obligation pour postuler à la thèse mais cela pourrait être un atout pour l’étudiant(e).

[CARADEC]: Caradec, Q. (2023). On the modeling and numerical simulation of fretting wear. Thèse de doctorat, Institut Polytechnique de Paris.

Laboratoire

Département de Modélisation des Systèmes et Structures
Service d’Etudes Mécaniques et Thermiques
Laboratoire d’études de DYNamique
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