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Dans le cadre de la sûreté des installations nucléaires, plusieurs scénarios hypothétiques d'accidents sont envisagés et répartis suivant quatre classes d'après la probabilité d'occurrence et les conséquences radiologiques. Parmi eux, l'Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) est un scénario hypothétique de classe IV (probabilité d'occurrence de l'ordre de 10-4 à 10-6 par réacteur et par an) qui sert notamment au dimensionnement des systèmes de refroidissement d'urgence (Design Basis Accident). Ce scénario est envisagé en cas de rupture d'une branche du circuit primaire. Cette brèche entraîne une chute de la pression dans le circuit primaire et une perte de l'inventaire en eau de ce circuit, dont résulte un échauffement des crayons combustibles. Le transitoire peut alors varier de manière importante selon la localisation de la brèche, sa taille, ou bien le réacteur concerné (nombre d'assemblages, nombre de cycles passés en réacteur…).

L'apparition de la brèche conduit à la dépressurisation et la perte de l'inventaire en eau du circuit primaire. De plus, l'eau résiduelle se vaporise du fait de la chute de pression et de l'augmentation de la température conduisant au manque de refroidissabilité du cœur, initialement assurée par le fluide caloporteur. Afin de maîtriser cette situation, plusieurs actions sont initiées automatiquement, la chute des barres de contrôle qui inhibent la réaction de fission nucléaire (l'augmentation de température possède elle aussi un rôle inhibiteur sur la réaction) et finalement le renoyage du cœur via l'injection d'eau par les systèmes de sécurité. Le scénario est complexe à analyser du fait de son caractère hypothétique, aléatoire et multifactoriel.

Au cours de ce scénario, les gainages qui confinent le combustible nucléaire subissent ainsi de fortes contraintes : thermiques (montée rapide jusqu'à 1200 °C), environnementales (atmosphère oxydante de vapeur d'eau), mécaniques (différence de pression entre les faces interne et externe de la gaine). Ce chargement thermomécanique peut mener au ballonnement de la gaine jusqu'à son éclatement.

Le contexte de ce travail s'inscrit dans la démonstration de la tenue des matériaux de gainage en alliages de zirconium pendant des accidents de perte de réfrigérateur primaire (APRP). Plusieurs paramètres interviennent au niveau du ballonnement et la rupture de la gaine : l'hydruration, la température, l'oxydation, la pression, l'historique de chargement, …

Dans un contexte d'approfondissement des connaissances, EDF travaille sur les mécanismes qui entrainent l'amorçage et le développement du ballonnement et la rupture de la gaine. Le but est d'enrichir, par le biais de cette expertise, les outils de calcul permettant de simuler le ballonnement et la rupture de la gaine. Un travail scientifique conséquent doit être entrepris au travers de cette thèse pour développer une méthode permettant de répondre, à partir de modèles numériques éprouvés, à cette problématique de déformation et de rupture ductile ayant lieu pendant la phase de montée en température. Les modèles incluront un volet thermique et un volet mécanique.

L'objectif de ce travail est de développer des modèles avancés permettant de tenir compte de paramètres intervenant au niveau du ballonnement-éclatement (température, vitesse de chauffage, gradient axial et azimutal de température, oxydation, teneur en hydrogène, historique de chargement, …). Les modèles développés s'appuieront sur une base expérimentale réalisée dans le cadre de la thèse.

Début de la thèse : 01/10/2025

Funding category: Cifre

CIFRE ANRT

Bac +5, formation Ingénieur ou Master recherche avec spécialité Mécanique des Matériaux.

Le projet présentant une partie expérimentale importante, le candidat devra faire preuve de rigueur, de ténacité et d'une grande autonomie. Il devra avoir un intérêt pour l'analyse expérimentale et la recherche scientifique appliquée. Le candidat devra avoir des connaissances en mécanique des milieux continus, en méthode des éléments finis et en moyens de caractérisation. Une expérience dans la mise en œuvre d'essais mécaniques ou la réalisation de simulations par éléments finis sera appréciée.

Par ailleurs, le candidat sera amené à participer à des conférences internationales pour présenter ses résultats de recherche ainsi qu'à rédiger des articles scientifiques impliquant une bonne maîtrise de l'anglais à l'oral et à l'écrit.

Le dossier de candidature doit comporter :

1. un curriculum vitae détaillé ;
2. une lettre de motivation ;
3. relevés de notes ;
4. lettres de recommandations et les noms, les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation ;

Il est à faire parvenir par mail à : Recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Bac +5, Engineer or Master's degree with a specialization in Material Mechanics.

Le projet implique une partie expérimentale significative, donc le candidat doit faire preuve de rigueur, de ténacité et d'une grande autonomie. Il doit avoir un intérêt pour l'analyse expérimentale et la recherche scientifique appliquée. Le candidat doit avoir des connaissances en mécanique des milieux continus, en méthodes des éléments finis et en moyens de caractérisation. Une expérience dans la conduite d'essais mécaniques ou la réalisation de simulations par éléments finis sera appréciée.

De plus, le candidat sera amené à participer à des conférences internationales pour présenter les résultats de recherche et à rédiger des articles scientifiques, nécessitant une bonne maîtrise de l'anglais, tant à l'oral qu'à l'écrit.

Le dossier de candidature doit inclure :

1. un curriculum vitae détaillé ;
2. une lettre de motivation ;
3. relevés de notes ;
4. lettres de recommandations et les noms, coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation ;

À envoyer par email à : Recrutement_these@mat.mines-paristech.fr