La fabrication des combustibles nucléaires à base d’oxydes d’actinides (UO2, PuO2) implique de nombreuses opérations de manutention de poudres, au cours desquelles peuvent survenir des phénomènes de ségrégation. Ces phénomènes, liés notamment aux différences de taille, de forme, de densité ou encore d’état de surface, influencent directement l’homogénéité des mélanges, et donc la qualité et la régularité des pastilles de combustible obtenues. Leur maîtrise constitue ainsi un enjeu industriel majeur pour garantir la robustesse des procédés et la conformité du produit final.
Cette thèse vise à approfondir la compréhension des mécanismes de démélange des poudres d’UO2 au cours des étapes de transfert, en particulier lors du transport par convoyeur vibrant et de la chute gravitaire. L’objectif scientifique principal est d’établir le lien entre les propriétés physiques et rhéologiques des poudres, les conditions opératoires du procédé, et l’intensité des phénomènes de ségrégation observés. Le travail combinera expérimentation et simulation numérique DEM afin d’identifier les paramètres matériaux et procédés influençant la ségrégation. Des dispositifs expérimentaux seront développés pour caractériser les poudres et évaluer l’intensité du démélange, tandis que les simulations permettront de valider et d’extrapoler les observations.
Réalisée au CEA Cadarache au sein du Laboratoire des combustibles Uranium (LCU) de l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) en collaboration avec le laboratoire TIMR de l’UTC, ce projet permettra de proposer des recommandations pour limiter la ségrégation lors des opérations industrielles, et d’améliorer la prédiction de la propension à la ségrégation de mélanges de poudres, en particulier de poudres cohésives d’actinides.
Le doctorant valorisera ses résultats au travers des publications et participations à des congrès. Il aura l’occasion d’apprendre ou de se perfectionner dans plusieurs techniques réutilisables dans d’autres contextes, applicables à de nombreux domaines de la science des matériaux et de l’ingénieur. En particulier, les problématiques liées à la physique des milieux granulaires, qui constituent le cœur de cette thèse, présentent un intérêt industriel marqué et sont communes à de nombreux autres secteurs manipulant des poudres, tels que la pharmacie, l’agroalimentaire ou la métallurgie des poudres.