Essais thermomécaniques jusqu'à de hautes températures sur une céramique nucléaire irradiée

Description du sujet de thèse

Domaine

Sciences pour l'ingénieur

Sujets de thèse

Essais thermomécaniques jusqu'à de hautes températures sur une céramique nucléaire irradiée

Contrat

Thèse

Description de l'offre

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre des études sur les interactions pastille-gaine dans les crayons combustibles utilisés dans les réacteurs des centrales nucléaires à eau pressurisé. L'exploitant doit assurer et démontrer l'intégrité de l'ensemble des crayons, en toutes situations. Or, les contraintes mécaniques subies par la gaine, première barrière de sûreté, sont reliés aux propriétés viscoplastiques du combustible. Il faut donc connaître ces propriétés et leurs évolutions en fonctionnement.

Le sujet de thèse proposé s'intéresse particulièrement à la caractérisation en cellule de haute activité de combustibles irradiés en réacteur nucléaire. Une des difficultés majeures réside dans le fait que les combustibles issus d'une irradiation en réacteur sont multi-fissurés, ce qui rend leurs caractérisations mécaniques particulièrement compliquées. Toutefois, une thèse en cours (2022-25) a permis de (i) concevoir une machine spécifique d'essais thermomécaniques, (ii) qualifier en partie ce dispositif, (iii) mettre en place des outils et méthode d'extraction d'échantillon fissuré, (iv) ainsi qu'une modélisation intégrale du système (jumeau numérique).

La thèse proposée ici correspond à la suite de ces travaux et sera construite en quatre étapes sur trois plateformes expérimentales disponibles au CEA :

1. Prise en main et amélioration des outils numériques et expérimentaux existants,
2. Implémentation du dispositif en cellule de haute activité sur un four existant,
3. Réalisation d'essai thermomécanique sur combustible irradié ; ce qui constituera en soi une première mondiale dans ces conditions.

Les essais demanderont des post-traitements dédiés basés sur une discussion essai-simulation. En premier lieu, cela permettra de décolérer les phénomènes et de se focaliser sur le comportement viscoplastique du matériau. Une fois la base expérimentale suffisamment étoffée et interprétée, il sera alors possible de conforter ou revoir les lois de comportement du combustible. Un lien avec la microstructure des matériaux pourrait être abordé.

Tout au long de ces étapes, le thésard s'appuiera sur les compétences et expertises de différents laboratoires du Département d'études des Combustible (Institut IRESNE, CEA Cadarache) et sur un environnement collaboratif académique. Cette thèse s'inscrit également dans le cadre du projet européen OPERA HPC et en est un enjeu majeur.

Le doctorant devra présenter un goût marqué pour l'approche expérimentale et quelques facilités pour l'utilisation d'outils numériques. Des connaissances en science des matériaux sont le minimum requis. Au long des trois années de doctorat, le doctorant améliorera ses compétences multiphysiques en conception de dispositifs expérimentaux et comportement des matériaux à haute température, ainsi qu'en simulation numérique, ce qui facilitera son insertion professionnelle. Au regard de l'ampleur de la tâche, il serait préférable, mais non obligatoire, que le candidat ait suivi préalablement le stage de master lié à ce sujet (voir par ailleurs).

Université / école doctorale

Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (SIMPMN)
Aix-Marseille Université

Localisation du sujet de thèse

Site

Cadarache

Critères candidat

Formation recommandée

Ingénieur, master M2 Science et Génie des Matériaux

Demandeur

Disponibilité du poste

01/10/2025

Personne à contacter par le candidat

COLIN Christian christian.colin@cea.fr
CEA
DES/DEC//LAMIR
CEA
Centre de Cadarache
DEN/DEC/SA3E
Bat. 315, P7
13115 Saint Paul lez Durance
04 42 25 43 72

Tuteur / Responsable de thèse

LEBON Frédéric lebon@lma.cnrs-mrs.fr
Aix-Marseille Université
LMA
Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique
4 impasse Nikola Tesla
CS 40006
13453 Marseille Cedex 13

04.84.52.42.22

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