Le contexte:
La fabrication additive ou autrement nommée impression 3D s’impose progressivement comme un procédé de réalisation révolutionnant les principes traditionnels de conceptions. Ces technologies déjà en forte progression dans le monde de l’industrie est désormais en cours d’évaluation pour l’élaboration de combustibles nucléaires innovants. Le développement de nouveaux réacteurs, la recherche d’amélioration des performances du parc nucléaire actuel est un terrain fertile à l’émergence de nouveaux concepts souvent impossibles à fabriquer par la technique standard de la métallurgie des poudres.
Le Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU) dont une des missions est l’étude des procédés de fabrication de combustible est engagé dans une démarche d’évaluation d’une technologie de fabrication additive appelée robocasting » ou micro-extrusion orientée vers la réalisation de matériaux CERMET à base d’UO2. Au cours des travaux précédents, des essais préliminaires prometteurs ont été réalisés sur matériaux non radioactifs et un atelier dédié a été mis en place.
Les objectifs
Le sujet proposé consiste à poursuivre l’étude sur matériau UO2 en utilisant ces nouveaux moyens.
Un large champ d’investigation s’ouvre ainsi pour l’optimisation des techniques et la compréhension de la physique des phénomènes mis en jeu.

Les travaux de thèse s’attacheront à l’utilisation des outils de stratégie de la recherche expérimentale (plans d’expériences) ainsi qu’à la modélisation du processus d’impression pour conduire à l’optimisation des objets fabriqués.
Ces études d’optimisation concerneront à la fois la formulation mais aussi l’ensemble des paramètres de la machine d’impression. Les travaux seront poursuivis jusqu’aux caractérisations des objets et à la démonstration de leurs performances.

Collaboration externe envisagée
Le doctorant pourra s’appuyer sur les compétences et expertises de différents laboratoires du CEA impliqués dans le projet ainsi que d’un cadre collaboratif académique (IRCER Limoges). Cette collaboration avec l'IRCER a déjà fait l'objet d'un précédent contrat, les équipes de l’IRCER ayant par ailleurs une large expérience des applications fabrication additive céramiques [1,2]. Il devra présenter un gout marqué pour l’approche expérimentale et quelques facilités pour l’utilisation d’outils numériques. Des connaissances en science des matériaux sont le minimum requis.
Dans le cadre de la collaboration entre l'IRCER (Limoges) et CEA (Institut IRESNE, Cadarache), des déplacements seront à prévoir pour bénéficier des équipements et des savoir-faire propres aux deux laboratoires.
Les travaux de thèse permettront à l’étudiant de valoriser ses compétences dans les domaines de la modélisation multiphysique ainsi que dans les champs d’application des technologies d’impression 3D.

Références:
1-Chartier, Pateloup et al, Techniques de l'Ingénieur (2018). https://unilim.hal.science/hal-02125522/
2-Bourret, Pateloup et al, J.Eur. Cer. Soc. 38 (2018) https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.018