Etude numérique et expérimentale de la fissuration des combustibles nucléaires oxydes et de la [...]

CEA; Saint-Paul-lès-Durance; Sur place; EUR 30 000 - 50 000; Plein temps

Résumé du poste

Une thèse passionnante est proposée au sein d'une institution de recherche de premier plan. Ce projet se concentre sur l'étude numérique et expérimentale des combustibles nucléaires, avec un accent sur la modélisation de l'interface entre le combustible et la gaine. Le candidat travaillera dans un environnement scientifique stimulant, collaborant avec des experts pour développer des simulations avancées et mener des expériences innovantes. Les résultats de ce travail contribueront à améliorer notre compréhension des matériaux nucléaires et à la rédaction de publications scientifiques. Si vous êtes passionné par la recherche en ingénierie et souhaitez faire avancer vos connaissances, cette opportunité est faite pour vous.

Qualifications

• Expérience en modélisation numérique et caractérisation des matériaux.
• Connaissances en mécanique des matériaux et simulation expérimentale.

Responsabilités

• Développer des modèles numériques pour simuler le comportement des combustibles.
• Réaliser des expériences sur le décollement de l'interface combustible-gaine.

Connaissances

Modélisation numérique

Caractérisation des matériaux

Simulation de décollement

Analyse expérimentale

Formation

Master 2 en mécanique

École d'ingénieur en matériaux

Description du poste

Description du sujet de thèse

Domaine
Sciences pour l'ingénieur

Sujets de thèse
Etude numérique et expérimentale de la fissuration des combustibles nucléaires oxydes et de la séparation de l'interface oxyde-gaine

Contrat
Thèse

Description de l'offre
Le CEA mène des études et expertises sur les combustibles nucléaires céramiques à base de dioxyde d'uranium (UO2). Des schémas numériques avancés pour la simulation prédictive du comportement de ces combustibles sont développés et s'appuient sur une démarche d'amélioration continue des modèles et des lois relatives aux propriétés physiques des matériaux. Les combustibles nucléaires sont des céramiques poreuses, dont la microstructure dépend de leur procédé de fabrication. Afin de garantir le confinement des produits de fission et le bon refroidissement du combustible, des gaines en alliage métallique sont disposées autour des combustibles.

Au cours de leur utilisation en réacteur, on observe une interaction mécanique entre le combustible et la gaine et potentiellement un accrochage, ce qui favorise le refroidissement du combustible en réduisant la résistance thermique de l'interface. Des fissures peuvent également apparaitre au sein du combustible créant, selon leur orientation, des barrières thermiques ou des chemins d'écoulement privilégiés pour les produits de fission créés lors de l'irradiation. Ces gaz vont ensuite exercer une pression sur les faces intérieures de la gaine ce qui peut, dans certaines conditions, entrainer une séparation/un décollement de l'interface combustible gaine et potentiellement l'apparition d'une lame de gaz entre le combustible et la gaine ce qui aurait un impact à la fois sur la thermique, et sur le comportement des produits de fission volatils.

Le but de cette thèse est donc de développer une démarche de caractérisation et modélisation de l'interface combustible-gaine fondée sur l'expérience, permettant notamment de prédire les conditions pouvant conduire à son décollement. Le travail consistera tout d'abord en la simulation numérique d'essais de décollement d'interface existants, ainsi que de l'effet d'une pression de gaz à l'intérieur du combustible, en présence ou non de fissures au sein du combustible. Il est envisagé de décrire numériquement l'interface par un modèle de zone cohésive, régi par la contrainte maximale, ainsi que par l'énergie dissipée pour la création de fissure. Les simulations permettront de comprendre le rôle des chacun de ces paramètres dans le décollement de la gaine. En fonction de ces résultats, il est envisagé de concevoir de nouveaux essais pour identifier les paramètres des lois de comportement mises en œuvre.

Ce travail sera basé au Département d'Etude des Combustibles de l'Institut IRESNE (CEA-Cadarache) pour les aspects spécifiques au comportement du combustible, et mené en étroite collaboration avec le Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay pour l'étude des interfaces. Ainsi la personne travaillant sur ce sujet bénéficiera d'un environnement scientifique riche et stimulant et aura, en outre, la responsabilité de proposer, développer, réaliser et interpréter des expériences sur combustible nucléaire. Les compétences et connaissances acquises par le candidat seront valorisées à travers la rédaction de publications dans des journaux scientifiques internationaux et la présentation de ses travaux dans des conférences internationales.

Université / école doctorale
Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (SMEMaG)
Paris-Saclay

Localisation du sujet de thèse
Site
Cadarache

Critères candidat
Formation recommandée
Master 2 ou Ecole d'ingénieur en mécanique et matériaux

Demandeur
Disponibilité du poste
01/09/2024

Personne à contacter par le candidat
MARCONI Florian [e-mail]
CEA
DES/DEC/SESC/LEVA
DES/IRESNE/DEC/SESC/LEVA
CEA cadarache
Bât. 151
13108 Saint-Paul lez Durance Cedex
0442252224

Tuteur / Responsable de thèse
DAGHIA Federica [e-mail]
Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris Saclay
ENS Paris-Saclay
4 avenue des Sciences
91190 Gif-sur-Yvette, France
01 81 87 50 84

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