Le chauffage par laser de haute-puissance est une technique expérimentale développée au sein du Département d’Etude du Combustible qui permet d’induire des transitoires thermiques sur des échantillons de céramiques nucléaires. Elle permet notamment de reproduire, à l’échelle du laboratoire, les conditions thermomécaniques représentatives d’une séquence incidentelle ou accidentelle, afin d’étudier des mécanismes de bases comme la fracturation ou fragmentation du combustible.
En effet, lors de certaines situations comme un transitoire thermique de type Accident par Insertion de Réactivité (RIA), la fragmentation (ou la sur-fragmentation) du combustible peut entraîner un relâchement des gaz de fission et, in fine, conduire à la rupture de la gaine du crayon combustible.
Ce type de transitoire est notamment caractérisé par une évolution spatio-temporelle complexe de la température au sein du combustible qui est difficilement reproductible à l’échelle du laboratoire. A ce jour, seules les techniques de chauffage par laser de haute-puissance permettent de reproduire les cinétiques de montées en température atteintes lors de ce type de transitoire et de reproduire les conditions thermo-mécaniques d’un RIA à l’échelle d’un échantillon manipulable en laboratoire.
Dans ce contexte, le sujet de thèse vise à fournir des données expérimentales relatives à la fragmentation et sur-fragmentation du combustible en conditions d’Accident par Insertion de Réactivité. Pour ce faire, l’étudiant devra améliorer et développer le banc expérimental existant et réaliser des expériences visant à reproduire les conditions thermo-mécaniques menant à la fragmentation du combustible. Une approche couplée expérimentation/modélisation sera nécessaire pour prédimensionner et interpréter au mieux les expériences. Les données obtenues permettront de valider les modèles de fragmentation développés au CEA et devront aussi permettre une projection de l’intégration de ces techniques expérimentales en cellule blindée.
La thèse sera menée dans un cadre collaboratif (CHAIRE MATLASE) entre le LAMIR (Laboratoire d’Analyse de la MIgration des Radioéléments) au sein de l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) du CEA Cadarache et l’équipe ILM (Interaction Laser Matière) de l’Institut Fresnel de Marseille. Cette dernière apportera son expertise dans le domaine des interactions laser de forte puissance / matériaux et de l’instrumentation optique pour le développement du système et des diagnostics optiques complexes.
Ce cadre permettra au doctorant d’évoluer dans un environnement scientifique stimulant et lui permettra de valoriser ses travaux de recherche, en France comme à l’étranger lors de conférences et de publications dans des revues à comités de lecture.

[1]M. Reymond, J. Sercombe, L. Gallais, T. Doualle, and Y. Pontillon, ‘Thermo-mechanical simulations of laser heating experiments on UO2’, Journal of Nuclear Materials, vol. 557, 2021, doi: 10.1016/J.JNUCMAT.2021.153220.
[2]M. Reymond et al., ‘High power laser heating of nuclear ceramics for the generation of controlled spatiotemporal gradients’, J Appl Phys, vol. 134, no. 3, p. 33101, Jul. 2023, doi: 10.1063/5.0146541.
[3]Hugo Fuentes et al., ‘Numerical and experimental simulation of nuclear fuel fragmentation via laser heating of ceramics’, TopFuel 2024. Accessed: Oct. 02, 2025. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/386167297_Numerical and experimental simulation of nuclear fuel via laser heating of ceramics