Les études de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) exigent de démontrer l’absence de fusion du combustible, en maintenant sa température sous son seuil de fusion dans toutes les situations de fonctionnement. Dans ce cadre, le comportement à fusion du combustible et les températures de solidus/liquidus constituent une donnée d’entrée importante. Néanmoins les données expérimentales disponibles, limitées et anciennes, montrent une grande variabilité, notamment pour le solidus, ce qui impose des marges de sureté importantes. Par conséquent la démarche de sûreté mise en œuvre actuellement permet de garantir l’absence de fusion du combustible moyennant la prise en compte de marges en puissance suffisantes, mais les recherches visant à améliorer la compréhension des mécanismes mis en jeu pourraient permettre de proposer des voies d’optimisation et de gagner des marges de fonctionnement.

Cette thèse a deux objectifs principaux : clarifier l’impact des produits de fission sur les températures de solidus/liquidus ; caractériser finement l’évolution microstructurale lors de cette transition. Pour ce faire, le/la doctorant.e développera une méthode de mesure à très haute température (>2700°C) avec gradient thermique sur les plateformes lasers du CEA, en collaboration avec l’Institut Fresnel . La méthode devra assurer une précision suffisante à la caractérisation univoque des températures de transition de phase solide-liquide. Les essais utiliseront des échantillons SIMFUEL (UO2 vierge dopé pour simuler un combustible irradié). Une caractérisation fine des échantillons avant/après essais (microscopie optique, MEB, EDX) permettra de proposer des indicateurs clairs d’évolution de la microstructure. Le prédimensionnement et l’interprétation des expériences s’appuiera sur des calculs thermo-chimiques dans l’objectif de consolider la modélisation en support à la compréhension du comportement à fusion de l’UO2 irradié.

Ce projet, mené au CEA Cadarache au sein de l'Institut de REcherche des Systèmes Nucléaire pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) en collaboration étroite avec l’institut Fresnel de Marseille, permettra au candidat de développer une expertise solide dans le comportement des matériaux composites, la thermochimie, ainsi que dans les domaines de l’instrumentation haute température et de l’optique, ouvrant sur des débouchés variés dans les secteurs de l’énergie et des matériaux.

1/ D. Manara et al., Journal of Nuclear Materials, 342, 148–163, 2005. DOI : 10.1016/j.jnucmat.2005.04.002.
2/ V. D’Ambrosi et al., Nuclear Technology, 210, 285–307, 2024. DOI : 10.1080/00295450.2023.2253660.