La réduction des rejets de gaz à effet de serre passe par le développement de systèmes de production d’énergie bas carbone incluant le nucléaire. L’acceptabilité du nucléaire impose un haut niveau de sûreté et donc une connaissance approfondie du comportement des combustibles sous irradiation en support au développement des Outils de Calcul Scientifique (OCS). Un enjeu fort de ces OCS est de permettre aussi une performance accrue du combustible en particulier en terme de flexibilité vis-à-vis du mix énergétique et de comportement dans les situations accidentelles.
Le dioxyde d'Uranium (UO2), de structure polycristalline, est utilisé comme matériau constitutif des pastilles combustibles des réacteurs nucléaires électrogènes. Le comportement mécanique de l'UO2 couplé aux effets d'irradiation joue un rôle important dans l'évaluation de l'intégrité de la première barrière de confinement du combustible. Un des enjeux de la connaissance du comportement mécanique du combustible irradié est de pouvoir évaluer les contraintes et déformations s'exerçant dans les grains et à leurs interfaces par la compréhension des phénomènes à l'échelle des hétérogénéités microstructurales du polycristal.
L’objectif principal de la thèse sera de fournir des simulations de référence en support à la modélisation multiéchelle du mécanisme de montée des dislocations, phénomène majeur à l’origine du comportement mécanique du combustible à haute température. Le développement d’un couplage entre un code de dynamique des dislocations (DD) et un code éléments-finis (EF) sera réalisé afin de décrire au mieux les mécanismes de diffusion et de montée de dislocations. Ensuite, des calculs basés sur ce couplage permettront de quantifier l’impact de la montée sur la microstructure et le comportement viscoplastique du combustible UO2. Ce travail permettra in fine d’améliorer la modélisation micromécanique continue par la méthode des éléments finis [1],[2] mise en œuvre dans la plateforme de simulation PLEIADES du CEA [3].
Cette thèse sera réalisée dans le cadre d’une collaboration entre le Département d'Etude des Combustibles (Institut IRESNE, CEA Cadarache)et l’IM2NP d’Aix Marseille Université. Le Département d'Etudes des matériaux et physico-chimie DRMP du CEA/ISAS et l’UMET de l’Université de Lille seront également associés à cette collaboration. Les travaux de thèse seront menés à l’IRESNE de Cadarache au sein du Laboratoire de Modélisation du Comportement des Combustibles dans un environnement donnant accès à une grande expertise sur la modélisation multiéchelle des matériaux. Les travaux de recherche seront valorisés par des publications et des participations à des conférences internationales dans le domaine des matériaux.