Encadrement

• Directeur de thèse : Jean-Claude
• Co directeur : Rodrigue Largenton (EDF)
• Co directeur : Bruno Michel (CEA)

Jury

• Monsieur Renald BRENNER, Directeur de recherche, Institut d’Alembert Paris, France.
• Monsieur Yann MONERIE, Professeur des universités, Université de Montpellier, France.
• Madame Carole NADOT- MARTIN, Professeur des universités, ENSMA Poitiers, France.
• Monsieur Jean-Claude MICHEL, Directeur de recherche, LMA Marseille, France.
• Monsieur Rodrigue LARGENTON, Ingénieur-chercheur expert EDF R&D, CEA Cadarache.
• Monsieur Bruno MICHEL, Directeur de recherche, CEA Cadarache, France.
• Monsieur Pierre-Guy VINCENT, Ingénieur-chercheur IRSN, CEA Cadarache, France (invité)
  Rapporteurs :
• Monsieur Renald BRENNER, Directeur de recherche, Institut d’Alembert Paris, France.
• Monsieur Yann MONERIE, Professeur des universités, Université de Montpellier, France

Résumé

Les études de sûreté nucléaire, réalisées avec des codes industriels de simulation du comportement thermomécanique du crayon combustible, nécessitent des temps de calcul raisonnables afin de simuler tous les scénarios possibles et envisageables au sein d’un Réacteur à Eau Pressurisée (REP). Au-delà du comportement effectif de la pastille combustible, il est parfois intéressant de descendre en échelle pour étudier des phénomènes locaux. Une première approche consisterait à effectuer une résolution Élément Finis au carré (EF2) où dans un premier maillage défini à l’échelle de la pastille est résolu à chaque point d’intégration un problème thermomécanique sur un Volume Élémentaire Représentatif. Ceci est coûteux en temps de calcul, ce qui n’est pas envisageable au sein des codes industriels. Il est alors envisagé de remplacer la deuxième résolution par une méthode de réduction de modèle, basée sur l’approche Nonuniform Transformation Field Analysis (NTFA). Cette méthode permet l’accès aux grandeurs macroscopiques et aux champs locaux tout en réduisant radicalement les temps de simulation.

Cette étude présente une modélisation micromécanique du comportement du combustible de dioxyde d’uranium (UO2), céramique polycristalline utilisée dans les REP, pour des sollicitations typiques d’un accident d’insertion de réactivité (RIA). Au-delà d’une certaine température, l’UO2 a un comportement élasto-viscoplastique avec écrouissage dépendant des conditions de sollicitation en température et vitesse de déformation macroscopique. Dans un premier temps, via l’approche en champ complet, une identification inverse de la loi d’évolution locale monocristalline est réalisée à partir de données expérimentales obtenues à l’échelle locale puis macroscopique. Dans un deuxième temps, le modèle NTFA TSO (Tangent Second Order) est développé et appliqué au problème en question. Deux décompositions de la variable d’écrouissage sont étudiées. Ensuite, un travail est effectué pour intégrer les conditions de sollicitations, à savoir températures et vitesses de déformation spécifiques au RIA, dans le modèle NTFA. Enfin, les résultats issus de l’expérimental, du modèle en champ complet et du modèle NTFA TSO sont confrontés aux échelles macroscopique et locale pour des chargements uniaxés, triaxés et quelconques.