Les combustibles nucléaires d’oxyde d’uranium sont généralement fabriqués par pressage de particules d’UO2 suivi d’un frittage, ce qui conduit à l’obtention d’une céramique. Dans ce procédé, appelé métallurgie des poudres, les caractéristiques des particules initiales d’UO2 ont une influence sur la microstructure de la céramique obtenue, par exemple le volume de porosité et sa répartition. Les caractéristiques microstructurales des combustibles UO2 conditionnent ensuite les propriétés des combustibles en réacteur. Si le lien entre microstructure et propriétés a fait l’objet de plusieurs travaux, le lien entre les particules initiales et la microstructure a été peu étudié. Cette thèse vise ainsi à mieux le comprendre, plus précisément dans le cas où les particules sont des granulés, c’est-à-dire des amas de poudre pré-compactée mesurant plusieurs centaines de micromètres. L’objectif à terme est d’améliorer le pilotage des caractéristiques microstructurales grâce au procédé de fabrication.
La thèse comportera un volet expérimental et un volet de modélisation/simulation. Le volet expérimental sera prépondérant. Il sera basé au sein de l’ICPE Labo UO2 de l’institut IRESNE, au CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône). Ce laboratoire est spécialisé dans l’étude de la fabrication des combustibles à base de dioxyde d’uranium UO2. Ce volet consistera à développer des méthodologies de préparation de différents types de granulés, puis réaliser des fabrications de céramiques nucléaires d’UO2 à partir de ceux-ci, en faisant varier certains paramètres opératoires, notamment les paramètres de pressage. Des caractérisations fines de la microstructure (sur comprimés crus ou frittés) seront réalisées et les résultats seront interprétés en vue d’améliorer la compréhension des phénomènes. Le volet modélisation/simulation sera plus réduit. Il consistera à réaliser des simulations DEM (modélisation par éléments discrets) pour aider à l’interprétation et sera réalisé en collaboration avec un laboratoire universitaire et avec d’autres laboratoires du CEA. Les résultats de la thèse pourront être valorisés par des publications dans des journaux ou dans des conférences. Les compétences professionnelles acquises pourront être valorisées dans divers domaines, pour des applications nucléaires ou non-nucléaires : comportement des milieux granulaires, métallurgie des poudres, fabrication et caractérisation des céramiques, simulation DEM…