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Etude expérimentale et numérique des mécanismes de déformation en fluage d’irradiation

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Les matériaux de structure utilisés dans les réacteurs nucléaires subissent l’action simultanée de sollicitations mécaniques et de l’irradiation. Sous ces effets combinés, les composants se déforment de façon irréversible par un phénomène appelé fluage d’irradiation. Afin de garantir la performance et la sûreté du réacteur, il est important de bien comprendre, maîtriser et prédire ces déformations. Cependant, bien que de nombreux mécanismes aient été proposés pour expliquer ce phénomène, leur pertinence reste en grande partie une question ouverte.
Sous flux de particules, des défauts atomiques (lacunes, atomes interstitiels) sont créés et diffusent dans le matériau. Ils peuvent s’agglomérer, formant des amas de défauts (cavités, boucles de dislocations), ou être absorbés en différents sites de la microstructure (comme par exemple les dislocations). La formation d’amas de défauts ponctuels de façon anisotrope peut induire une déformation. L’absorption des défauts ponctuels par les dislocations conduisant à leur montée, facilitant ainsi le glissement, peut également induire une déformation.
Afin d’évaluer la pertinence des différents mécanismes proposés, une approche couplée, se basant à la fois sur des expériences et des simulations numériques, est prévue. Celle-ci s’appuie sur l’utilisation d’un matériau modèle : l’aluminium.
- D’un point de vue expérimental, il s’agira d’étudier l’évolution des défauts nanométriques (dislocations, boucles de dislocation) sous flux et sous contrainte. L’observation sera faite dans un microscope électronique à transmission (MET), les électrons servant à la fois à créer les défauts et à observer les amas de défauts et les dislocations. Lors de l’expérience, le matériau sera soumis à une contrainte et les mécanismes de déformation seront observés à l’échelle nanométrique et en temps réel. Des expériences impliquant des irradiations par faisceau d’ions in situ dans un MET seront également réalisées.
- La simulation aura pour but non seulement de valider certaines classes de mécanismes, en lien étroit avec les observations expérimentales, mais aussi d’identifier quels sont les mécanismes les plus pertinents, à l’échelle atomique. Pour cela, une simulation multi-échelle est envisagée. Il s’agira d’utiliser des outils numériques permettant d’investiguer les mécanismes à l’échelle atomique (calculs atomistiques avec un potentiel « machine learning ») de simuler la diffusion des défauts et le glissement des dislocations à des tailles et des temps expérimentaux (Monte Carlo cinétique sur objets et dynamique des dislocations).

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux
Section de Recherches de Métallurgie Physique
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