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Etude de l’influence de l’irradiation du métal et de l’effet des contraintes résiduelles sur la diffusion des espèces oxygénées et hydrogénées dans les couches d’oxyde formées en conditions nominales REP sur les alliages de Zr (Zy-4 et M5)

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Les gaines de crayons combustibles dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) sont soumises à un environnement très sollicitant et extrêmement complexe, eau liquide sous pression contenant du bore et du lithium sous flux neutronique dans des conditions thermohydrauliques très sévères. Dans ces conditions, les gaines en alliages de zirconium se dégradent chimiquement en se recouvrant, notamment, d’une couche d’oxyde en face externe et en absorbant de l’hydrogène qui, au-delà d’une certaine teneur, va précipiter sous forme d’hydrures fragilisant. Ces deux phénomènes de dégradation couplés, oxydation et hydruration, ne sont en l’état modélisés que partiellement. D’autre part, les composantes du système métal/oxyde sont soumis à une irradiation continue à l’origine de l’endommagement des matériaux. La création de défauts d’irradiation dans l’oxyde ou dans le métal se traduit par des changements significatifs de mécanismes de corrosion et des cinétiques d’oxydation notamment. En l’état, deux forces motrices sont susceptibles de jouer un rôle dans le contrôle cinétique de l’oxydation des alliages de zirconium : (i) l’effet du champ électrique dans la couche et/ou (ii) l’effet des contraintes ou plus généralement de l’état mécanique des composantes du système métal/oxyde, sur la vitesse d’oxydation. L’objectif de ce travail est d’investiguer l’influence de la seconde force motrice et d’apporter des éléments de compréhension sur l’effet des contraintes sur la vitesse de diffusion des espèces impliquées dans le processus de corrosion et sur l’impact de l’état mécanique du métal, tel que le durcissement sous irradiation ou le fluage, sur la diffusion et la cinétique d’oxydation.
Ce sujet couvre de nombreux domaines qui vont de la caractérisation fine à l’échelle de la microstructure, à la caractérisation plus macroscopique, via un large pannel d’essais mécaniques. Il permettra au candidat d’acquérir une solide formation en matériau et plus particulièrement dans le domaine de la caractérisation microstructurale des matériaux. Nous recherchons un candidat titulaire d'un Master 2 ou d'un diplôme d'école d'ingénieur avec de bonnes connaissances en sciences des matériaux et en mécanique et qui présente un penchant pour l'expérimental.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de Recherche en Matériaux et procédés Avancés
Laboratoire d’Analyse Microstructurale des Matériaux
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