Les réacteurs nucléaires expérimentaux, qui permettent de soumettre des matériaux à des irradiations aux neutrons, présentent des densités de puissance très importantes. Ceci impose l’utilisation d’éléments combustibles avec une charge très élevée en matière fissile, historiquement obtenue grâce à un fort enrichissement en 235U. En raison d’accords internationaux de non-prolifération, il est désormais nécessaire de développer des combustibles moins enrichis, et donc maximisant la concentration en uranium. Une solution majoritairement retenue et étudiée repose sur des particules d’U3Si2 dispersées dans une matrice en aluminium. Or, sous irradiation, un composé d’interaction U(Al,Si)3±x se forme. Sa faible conductivité thermique tend à faire augmenter la température du combustible, dégradant ainsi son comportement en service.
L’objectif de cette thèse est d’améliorer la connaissance expérimentale de l’évolution de la conductivité thermique des combustibles dispersés U3Si2-Al lors de leur irradiation, et in fine de corréler leur microstructure à leurs propriétés thermiques, qui seront mesurées à différentes échelles. Pour cela, des plaques U3Si2-Al non irradiées seront soumises à des traitements thermiques destinés à obtenir des fractions variables de composé U(Al,Si)3±x et leurs propriétés thermiques seront mesurées et corrélées à la fraction et à la répartition volumique de ce composé. Une étude spécifique sera en outre menée autour de la synthèse et de la mesure des propriétés thermiques de composés U(Al,Si)3±x sous forme amorphe, telle qu’observée en réacteur.
Les données acquises au cours de cette thèse alimenteront la modélisation du comportement sous irradiation des combustibles dispersés U3Si2-Al : elles serviront notamment de données de validation pour les modèles et les codes de calculs.
Ce travail se déroulera au Département d'Etudes des Combustibles (Institut IRESNE, CEA Cadarache). Il permettra au (à la) doctorant(e) d’acquérir des compétences en fabrication et caractérisation des combustibles (microstructure et propriétés thermiques) qui seront transposables à d’autres matériaux. Il (elle) sera également amené(e) à utiliser des moyens expérimentaux « lourds » tels que des lignes de lumière synchrotron et des faisceaux d’ions. Il/elle aura la possibilité de présenter ses travaux à des conférences nationales et internationales, ainsi qu’à travers la publication d’articles.