LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

C. Esnoul - Comportement à rupture du combustible des Réacteurs à Eau Pressurisée, par une approche micro-mécanique, en conditions accidentelles (7 décembre 2018)

Institut National des Sciences et des Technologies Nucléaires INSTN/UEC Centre CEA de Cadarache

Le 7 décembre 2018 à 14h00

La reproduction expérimentale de transitoires thermiques accidentels d’un Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) en laboratoire a permis d’observer la fragmentation du combustible fortement irradié lorsque la gaine se déforme sous l’augmentation de la température...
Mots Clés : combustible, fissuration, approche mocromécanique, bulles surpressurisées,z one HBS, gaz de fission

Encadrement

  • Directeur : J-C. MICHEL / LMA

Jury

  • Directeur de thèse : Jean-Claude MICHEL, LMA - CNRS/AMU
  • Rapporteur : Serge KRUCH, ONERA
  • Rapporteur : Yann MONERIE, Université de Montpellier
  • Examinateur : Jacques BESSON, Mines ParisTech
  • Examinateur : Carole NADOT-MARTIN, ENSMA Poitiers
  • Examinateur : Rodrigue LARGENTON, EDF / R&D
  • Examinateur : Bruno MICHEL, CEA

Résumé

La reproduction expérimentale de transitoires thermiques accidentels d’un Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) en laboratoire a permis d’observer la fragmentation du combustible fortement irradié lorsque la gaine se déforme sous l’augmentation de la température. Ces fragments de petites tailles peuvent se relocaliser dans le ballon ou en cas de rupture de gaine, être éjectés hors du crayon combustible. La zone High Burnup Structure (HBS) des combustibles fortement irradiés est la plus susceptible de se fragmenter et d’être relocalisée par sa position en périphérie de pastille. Une hypothèse pour expliquer la présence de ces fragments est que le transitoire provoque une surpression dans les bulles HBS situées aux joints de grains (JDG) de la zone HBS qui mène à leur décohésion.

Cette thèse a pour but de développer un critère de fissuration mécanique du combustible qui permet de mieux comprendre le comportement du combustible fortement irradié lors de la montée en pression des bulles HBS en utilisant une méthode micromécanique qui prend en compte la microstructure du combustible et les principes de la mécanique de la rupture. Ce travail est composé de trois étapes :

i) l’étape de représentation permet de caractériser les bulles HBS (leurs dimensions, leur fraction volumique, et la pression interne). Deux sources d’informations seront utilisées : les observations expérimentales provenant de disques ou de pastilles de combustible irradiés à fort taux de combustion et d’outils numériques (avec ALCYONE-CARACAS). De cette analyse est construit un VER en 3D de la microstructure HBS qui sera utilisé pour
ii) la localisation. Cette seconde étape consiste à réaliser des calculs éléments finis (avec Cast3m) en champs complets avec une loi d’endommagement locale de type zone cohésive pour étudier la fissuration du matériau sous un chargement de pression des bulles. Cette étude permet d’analyser la fissuration et de déterminer les modes de fissuration locaux, un champ scalaire qui traduit l’état d’endommagement du matériau et sert de donnée d’entrée au critère de rupture macroscopique, décrit dans
iii) l’étape d’homogénéisation. Le critère de rupture développé est de type Griffith et est établi sur la base de la méthode NTFA et de la formulation variationnelle de la rupture de Francfort-Marigo.

La méthode mise en place dans ce travail est alors capable de donner l’instant de rupture du combustible ainsi que son état (rompu ou non).