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Fissuration différée par hydruration (DHC) de gaines de combustible nucléaire : expériences, modélisations et simulations numériques des effets de microstructure

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

La corrosion des gaines de combustible nucléaire par l’eau du circuit primaire lors de leur passage en réacteur conduit à leur hydruration. La fissuration différée par hydruration (DHC) est susceptible d’intervenir ultérieurement, lors de leur entreposage à sec. Cette fissuration nécessite un défaut pré-existant et un historique thermo-mécanique permettant de mettre en œuvre le mécanisme itératif suivant : diffusion d’hydrogène, précipitation d’hydrures en pointe de fissure et rupture de la zone ainsi fragilisée. Au cours d’une thèse précédente réalisée dans le laboratoire d’accueil, une procédure originale couplant expériences et simulations numériques par éléments finis a permis de déterminer la ténacité des gaines de Zircaloy-4 détendu non irradiées en cas de DHC, et de rendre compte de l’effet du chargement mécanique et de la température sur le temps d’incubation et la vitesse de fissuration entre 150 et 250 °C. L’objectif de la présente thèse est d’une part d’appliquer cette procédure à un matériau de gainage plus moderne (le M5 recristallisé) et d’autre part de développer une modélisation à l’échelle fine de la microstructure pouvant rendre compte des effets sur la DHC de la texture (cristallographique et morphologique), de la direction et du plan de propagation, ainsi que de l’irradiation.
Cette thèse constitue pour le candidat l’occasion d’adopter une démarche scientifique pluridisciplinaire alliant métallurgie, mécanique et physico-chimie, en s’appuyant sur des techniques expérimentales et numériques de pointe développées au CEA et à l’Ecole des Mines. Les compétences qu’il sera ainsi amené à acquérir pourront donc être valorisées lors de la suite de sa carrière dans le monde industriel (y compris hors nucléaire) ou académique.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service d’Etudes des Matériaux Irradiés
Laboratoire de Comportement Mécanique des Matériaux Irradiés
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