LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

Modélisation des effets de l’endommagement dans les milieux hétérogènes viscoélastiques – simulation du comportement des combustibles MOX

L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une loi micromécanique décrivant, à l’échelle des phases constitutives du combustible MOX, l’apparition de l’endommagement ainsi que ses conséquences sur les évolutions ultérieures des contraintes microscopiques et macroscopiques affectant le matériau.

Encadrement

  • Mihail GARAJEU (CNRS-AMU/LMA) - garajeu@lma.cnrs-mrs.fr
  • Renaud MASSON (CEA/LM2C) – renaud.masson@cea.fr

Sujet

Les combustibles MOX (oxydes mixtes Uranium – Plutonium) utilisés dans les réacteurs nucléaires français présentent une microstructure hétérogène constituée généralement de trois phases, chaque phase désignant les sous-domaines microstructuraux présentant la même teneur en Plutonium. Sous irradiation, cette différence de teneur en Plutonium entre les phases induit des gonflements différentiels et donc l’apparition de contraintes internes. Le comportement sous irradiation de ces combustibles fait l’objet de travaux expérimentaux (caractérisation et expérimentations sur matériau irradié) mais également de travaux de modélisation – simulation. Ainsi le CEA développe depuis plus d’une dizaine d’années le code ALCYONE (plateforme logicielle PLEIADES), code de simulation du comportement des combustibles en réacteur. Les contraintes internes apparaissant dans le MOX au cours de l’irradiation sont modélisées par homogénéisation en tenant compte des différents régimes de fluage rencontrés lors de l’irradiation. En revanche, la modélisation actuelle ne tient pas compte de l’endommagement susceptible d’apparaître dans les phases.

L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une loi micromécanique décrivant, à l’échelle des phases constitutives du combustible MOX, l’apparition de l’endommagement ainsi que ses conséquences sur les évolutions ultérieures des contraintes microscopiques et macroscopiques affectant le matériau. Le travail de modélisation conduira dans un premier temps à proposer un modèle d’endommagement des différentes phases constitutives du matériau. Dans un second temps, une méthode de transition d’échelle par homogénéisation sera formulée. L’endommagement conduisant à un comportement non linéaire, l’approche par linéarisation adoptée dans les travaux antérieurs relatifs au fluage sera reprise et adaptée. La validation de la loi de transition d’échelle ainsi formulée sera réalisée par comparaison avec des calculs en champ complet (simulation de la réponse mécanique d’un élément de volume représentatif de la microstructure du combustible). Une fois intégré dans le code ALCYONE, cette approche sera validée par comparaison à des données expérimentales acquises sur matériaux irradiés.

Informations pratiques

Rémunération du doctorant : 2043,54 € la 1ère et 2ème année, 2104,62 € la 3ème année.

Les travaux de recherche seront menés en alternance dans les laboratoires académiques et industriels suivants :
- Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA) CNRS - UPR 7051, 4 impasse Nikola Tesla, 13453 Marseille Cedex 13
- Laboratoire de Modélisation Multi-échelle des Combustibles (LM2C), CEA-Cadarache 13108 Saint-Paul-Lez-Durance

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2018

Plus d’informations en pièce-jointe

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