Modélisation multiphysique des phénomènes d'adhésion et de décollement à l'interface combustible-gaine dans les réacteurs nucléaires

Résumé:

Dans ce travail nous nous intéressons aux phénomènes d’interactions multiphysiques à l’interface entre la pastille de combustible et sa gaine métallique. À partir de données issues de la littérature et de l’analyse des données expérimentales à notre disposition, nous avons pu mettre en évidence différents mécanismes d’adhésion qui dépendent de la technologie employée, de l’historique de puissance et du temps d’exposition.

Dans le cas des Réacteurs à Neutrons Rapides, nous identifions deux scénarios d’adhésion :

• le premier, formé à basse puissance, est engendré par une pression de contact élevée,
• le second, à plus forte puissance, se crée via la diffusion des produits de fission du combustible vers l’interface et la formation de composés chimiques.

Ces interactions jouent un rôle fondamental sur l’état thermomécanique et neutronique du cœur du réacteur, en particulier lors de transitoires incidentels ou accidentels. Dans l’objectif d’améliorer les modélisations existantes, nous proposons un modèle multiphysique thermo-chimio-mécanique qui utilise une approche de type zone cohésive. En utilisant le cadre des matériaux standards, nous modélisons la création et l’évolution de l’adhésion à l’aide d’une variable interne qui traduit de manière phénoménologique l’avancement des réactions chimiques. Le comportement élastique-endommageable de l’interface est lui modélisé par une variable d’endommagement. Afin de prendre en compte des géométries arbitraires et une distance importante entre solides avant le contact, le modèle de zone cohésive est couplé à un algorithme de contact. Ce modèle est intégré dans le code de calcul éléments-finis du CEA, Cast3M, via l’outil Mfront.

Jury:

Rafael Estevez, UGA/SIMAP (rapporteur),

Stefano Lenci, Univ polytechnique des Marches (rapporteur),

Yann Monerie, Univ Montpellier/LMGC (examinateur),

Valérie Nassiet, ENI Tarbes/LGP (examinatrice),

Stéphane Lejeunes (directeur de thèse),

Frédéric Lebon (co-directeur de thèse),

Victor Blanc, CEA Cadarache (co-encadrant),

Marc Lainet CEA Cadarache (co-encadrant)

La soutenance de Mr Sébastien D'Andréa est prévue le 15 décembre à 9h à Cadarache (lieu à définir)