STAGE-Modélisation micromécanique du comportement de matériaux composites aux interfaces imparf[...]

CEA; Saint-Paul-lès-Durance; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Un acteur majeur de la recherche propose un stage en modélisation micromécanique à Saint-Paul-lès-Durance. Le candidat devra analyser les propriétés thermomécaniques du combustible UO2 et développer des modèles analytiques. Une formation en mécanique numérique ou des matériaux est requise, et le candidat doit être en Master 2 ou dernière année d'école d'ingénieur.

Qualifications

• Étudiant(e) en Master 2 ou en 3ème année d'école d'ingénieur.
• Spécialisation en mécanique numérique ou en mécanique des matériaux.
• Maîtrise du français (courant).

Responsabilités

• Analyser les propriétés thermomécaniques du combustible UO2.
• Développer des modèles analytiques pour estimer les propriétés effectives des matériaux composites.
• Vérification et validation des outils développés.

Connaissances

Mécanique numérique

Mécanique des matériaux

Fortran 90

Python

Formation

Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs

Outils

Méthodes FFT

Description du poste

STAGE-Modélisation micromécanique du comportement de matériaux composites aux interfaces imparfaites H/F

Détail de l'offre

Informations générales

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat. Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs. Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international. Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales : conscience des responsabilités, coopération, curiosité.

Référence

2025-37679

Description de l'unité

Le Service d'Études et de Simulation du comportement des Combustibles (SESC) conçoit, développe et qualifie les combustibles nucléaires (élément combustible et assemblage) constituant le cœur des réacteurs. Il synthétise et intègre les connaissances acquises sur les combustibles de l'amont (fabrication), au comportement sous irradiation et à l'aval du cycle (entreposage). Il a en charge le développement de la plateforme logiciel PLEIADES de simulation des combustibles et des bases de données associées. Il est composé d'environ 80 permanents (essentiellement des ingénieurs) et d'une trentaine de doctorants et salariés en CDD.
Le Laboratoire des Méthodes numériques et des Composants Physiques de PLEIADES (LMCP) développe les modèles physiques, les méthodes numériques, et les composants nécessaires aux outils de calculs de la plateforme PLEIADES, pour traiter les comportements multiphysiques et multiéchelles des combustibles. Le laboratoire développe, valide et intègre les modèles physiques et lois de comportement dans les composants en y associant la démarche d'assurance qualité nécessaire. Il simule, dimensionne et interprète, avec les composants, des expériences analytiques en liaison avec les laboratoires réalisant les expérimentations.

Description du poste

Mécanique et thermique

Intitulé de l'offre

STAGE-Modélisation micromécanique du comportement de matériaux composites aux interfaces imparfaites H/F

Sujet de stage

Ce stage a pour objectif d'analyser les propriétés thermomécaniques du combustible UO2 utilisé dans les réacteurs à eau pressurisée, en présence de défauts microscopiques. Celui-ci s'intéresse aux phénomènes de décohésion intergranulaire observés à différents stades d'évolution du combustible, notamment en amont de l'initiation et de la propagation de fissures. Cette étude vise à clarifier l'impact de la décohésion sur les propriétés locales et macroscopiques de l'UO2 au cours de son irradiation. La décohésion sera modélisée localement à l'aide de modèles d'interfaces imparfaites, assurant la continuité de la traction, mais autorisant un saut de déplacement à l'interface. Ce choix permettra le développement de modèles, analytiques et numériques, en mesure de décrire le comportement du combustible à haute température, en situations incidentelles et accidentelles.

Durée du contrat (en mois)

Description de l'offre

Vous serez accueilli·e au sein de l’IRESNE, institut de la DES, où vous intégrerez l’équipe du laboratoire et participerez pleinement à ses activités.

Contexte : Lors d’un accident de perte de réfrigérant primaire, la surpression de bulles de gaz, située aux joints de grains, constitue un des mécanismes principaux à l’origine de la décohésion intergranulaire à l’échelle de la microstructure. Sous l’effet de l’irradiation neutronique, les produits de fission migrent vers les joints de grains, entraînant des mécanismes de diffusion et de transport.

L'accumulation de produits de fission conduit à une augmentation locale de la pression, susceptible de provoquer une décohésion progressive aux joints de grains, endommageant ainsi le combustible. L'influence des effets de décohésion sur les propriétés de l’UO2 demeure une question encore ouverte. En effet, la considération de décohésion partielle ou totale ne s’inscrit pas dans le cadre classique de la théorie de l’homogénéisation.

La microstructure du combustible UO₂ peut, de manière simplifiée, être approchée comme une microstructure de type matrice‑inclusion.

Une stratégie couramment utilisée en élasticité linéaire consiste à recourir à l’approximation de Ponte Castañeda et Willis [1] ainsi qu’au concept d’inclusion équivalente développé par Hashin [2] pour estimer les propriétés effectives de matériaux composites à renforts aux interfaces imparfaites.

Cette approche repose sur l’idée de remplacer les propriétés élastiques de la phase renforçante par des propriétés équivalentes modifiées, incorporant les propriétés élastiques moyennées de l’interface.

Objectifs : L’objectif de ce stage est de développer des modèles analytiques permettant d’estimer les propriétés effectives de matériaux composites particulaires aux interfaces imparfaites. Les estimations obtenues seront confrontées à certains résultats de la littérature, ainsi qu’à des simulations numériques en champ complet, basées sur l’utilisation de transformées de Fourier rapides (FFT).

Déroulement du stage :

• Étude bibliographique sur les propriétés du combustible UO2 et sur la modélisation théorique et numérique des milieux hétérogènes aux interfaces imparfaites
• Développement et implémentation de modèles analytiques de type Hashin‑Shtrikman. Mise en place de calculs FFT en champ complet;
• Vérification et validation des outils développés.

Collaborations potentielles :

• Prof. IDIART Martin I. (Université Nationale de La Plata, Argentine)

Références : [1] Ponte Castañeda, P. and Willis, J.R.: The effect of spatial distribution on the effective behavior of composite materials and cracked media. J. Mech. Phys. Solids 43, 1919-1951 (1995). [2] Hashin, Z.: Thermoelastic properties of fiber composites with imperfect interface. Mech. Mater. 8, 333-348 (1990).

Moyens / Méthodes / Logiciels

Mécanique des milieux continus - Méthodes FFT - Fortran 90 - Python

Profil du candidat

Nous sommes à la recherche d’un(e) étudiant(e) en Master 2 ou en 3ème année d’école d’ingénieur, spécialisé(e) en mécanique numérique ou en mécanique des matériaux.

Localisation du poste

France, Provence-Côte d'Azur, Bouches du Rhône (13)

Ville

Critères candidat

Français (Courant)

Diplôme préparé

Bac+5 - Diplôme École d'ingénieurs

Formation recommandée

Mécanique numérique - Mécanique des matériaux