Impact de la montée des dislocations sur la viscoplasticité du combustible : modélisation multi-échelle et validation

Résumé: L’un des enjeux de la sureté nucléaire est d’assurer l’intégrité de la gaine, la première barrière de confinement. En situation de transitoire de puissance, le contact combustible-gaine accroît les sollicitations mécaniques de la gaine. Le fluage du combustible peutpermettre une accommodation des déformations de gonflement réduisant ainsi les contraintes appliquées à la gaine. L’objectif de ces travaux est d’améliorer la compréhension de ce phénomène avec notamment les mécanismes qui pilotent le fluage du combustible à deux échelles : échelle du grain et échelle du polycristal (ensemble de grains).

A l’échelle du grain, le fluage est piloté par la mobilité et l’interaction des dislocations. Dans ces travaux, le nouveau modèle proposé couple le glissement thermiquement activé avec les interactions et la montée des dislocations induite par l’autodiffusion des lacunes d’uranium. L’un des effets majeurs de la montée est une restauration par annihilation causant une diminution de la densité de dislocations stockées conduisant à un fluage restauration. Une loi de montée a été proposée en prenant en compte la conservation du flux de lacunes entre plusieurs populations de dislocations en régime stationnaire et à l’équilibre thermodynamique, et ajustée à l’aide de simulations par éléments finis.

Le nouveau modèle de fluage a ensuite été validé par comparaison entre les simulations et les expériences aux deux échelles. Les résultats de simulation permettent notamment une bonne estimation des effets de l’orientation du grain, de la température, de la vitesse de déformation et de l’écart à la stœchiométrie en fonction des conditions de sollicitation. En particulier, le modèle permet de bien retrouver les courbes contraintes-déformation expérimentales sur une large gamme de températures et de vitesses de déformation, avec un écart calcul-mesure raisonnable compte tenu de la dispersion des données expérimentales. De plus, l’effet de l’écart à la stœchiométrie est également bien prédit par le modèle à l’aide de la montée des dislocations.

Jury

• Renald Brenner, rapporteur, Institut Jean le Rond d'Alembert
• Philippe Carrez, rapporteur, Université de Lille
• Ghiath Monnet, examinateur, EDF R&D Moret sur Loing
• Anne-Françoise Gourgues-Lorenzo, examinatrice, Centre des Materiaux - Mines Paris
• Rodrigue Largenton, examinateur, EDF R&D Saint Paul Lez Durance
• Marc Fivel, président du jury, SIMaP-GPM2 St Martin d'Heres
• Bruno Michel, co-directeur de thèse CEA Cadarache
• Mihail Garajeu, directeur de thèse LMA

La soutenance de thèse de Mr Salomon El Bez est prévue le  jeudi 14 novembre à 14h00 - amphithéâtre du LMA