Mise en place d’un essai mécanique à haute température sur céramique nucléaire irradiée millimétrique

Résumé : Le comportement thermomécanique du combustible nucléaire, et en particulier sa viscoplasticité, joue un rôle clé dans le relâchement des contraintes appliquées à la gaine, première barrière de sûreté. Si des modèles basés sur des caractérisations spécifiques existent, leur validation sur combustible irradié demeure limitée. Aucun essai de fluage n’a en effet été conduit à l’échelle de la pastille, en raison de verrous technologiques liés à l’intégrité des échantillons et à la mise en œuvre d’essais à haute température en cellule blindée.
Cette thèse a visé à lever ces verrous. Dans un premier temps, une méthode innovante a été développée pour générer un réseau de fissures représentatif du combustible en réacteur, partraitement thermique laser de pastilles inertes et de combustibles vierges gainés. L’imposition de gradients thermiques a permis de reproduire la fissuration par dilatation différentielle, mettant en évidence le rôle central des fissures dans le champ thermomécanique. Un outil de carottage, associé à une cartographie non destructive, a ensuite permis l’extraction d’échantillons millimétriques exploitables. Les méthodes de caractérisation mises en œuvre ont été comparées pour leur pertinence quantitative et leur intégration potentielle en environnement nucléarisé.
Dans un second temps, un dispositif expérimental a été conçu par simulations aux éléments finis, réalisé et qualifié. Intégré dans un jumeau d’un dispositif en cellule blindée, il permet des essais de compression jusqu’à 100 MPa et 1500 °C, en modes fluage ou relaxation avec bascule en temps réel.
Ces développements ouvrent la voie à la réalisation d’essais de fluage sur combustible nucléaire irradié à l’échelle millimétrique.

Jury

Jean DESQUINES - Ingénieur Chercheur, ASNR, Cadarache - Rapporteur
Catherine MABRU - Professeur ISAE, Institut Clément Ader, Toulouse - Rapporteure
Gilles PERRIN - Directeur de recherche FRAMATOME, Paris - Examinateur
Laurent GALLAIS - Professeur Ecole Centrale Marseille, Institut Fresnel, Marseille - Examinateur
Michel MASSENZIO - Professeur, Institut Universitaire de Technologie Lyon1 - Examinateur
Annabelle LE COQ - Ingénieure chercheure, Oak Ridge National Lab, USA - Membre invitée
Sylvain LECLERCQ - Ingénieur chercheur, Fellow Expert, EDF, Palaiseau - Membre invité
Thomas HELFER - Ingénieur chercheur, CEA Cadrache - Membre invité
Frédéric LEBON - Professeur Aix-Marseille Université - Directeur de thèse
Christian COLIN - Ingénieur chercheur, CEA Cadarache - Encadrant de thèse
Adrien SOCIE - Ingénieur chercheur, CEA Cadarache - Encadrant de thèse

La soutenance de thèse de Hugo Fuentes est prévue le 3 décembre à 14h00 - Amphithéâtre René GRAVIER, Bât. 506, CEA Cadarache