La performance des combustibles nucléaires dépend fortement de leur comportement thermomécanique, et donc de leur conductivité thermique. Cette propriété varie avec la microstructure du matériau qui peut présenter des hauts niveaux de porosité, notamment dans le cas des oxydes mixtes d’uranium et de plutonium utilisés dans les réacteurs rapides.

Le but de cette thèse est d’évaluer l’effet de la quantité et de la forme des pores sur la conductivité thermique de ces matériaux fissiles et de proposer une loi de conductivité thermique pour les MOX prenant en compte la quantité, la taille, la forme et l’interconnectivité de leur porosité. Pour ce faire, des mesures récentes de propriétés thermiques sont en cours de réalisation par des techniques performantes de chauffage laser permettant d’appréhender le comportement du combustible dans des domaines de température peu explorés à ce jour, à savoir les très hautes températures (typiquement jusqu’à 2800°C), dans le centre de recherche européen (JRC) à Karlsruhe. Ces mesures sont réalisées sur des matériaux présentant des microstructures différentes et seront comparés à des résultats obtenus par simulation à cette échelle (analyse d'image, passage 2D/3D, TM-FFT) [1].
La thèse se déroulera sur le centre du CEA Cadarache au sein de l'Institut de REcherche sur les Systèmes Nucléaires pour la production d'Energie bas carbone (IRESNE) dans le Laboratoire d'Expertise et de Validation des Applications multi-filières (LEVA). Le LEVA fait partit du Service d'Etude et de Simulation du Combustible (SESC) et a pour mission de :
- Répondre aux besoins des partenaires industriels par des études ;
- Réaliser la validation des Outils de Calculs Scientifiques (OCS) de la plateforme PLEIADES ;
- Approfondir la compréhension du comportement combustible ;
- Gérer les bases de données combustibles.
Enfin, la collaboration avec JRC Karlsruhe sera l'opportunité de travailler dans un cadre international qui est une des forces du LEVA.

Ce travail permettra la valorisation des travaux de recherche lors de conférences et de publications dans des revues à comités de lecture. De plus, l'étudiant en thèse aura l'occasion d'acquérir ou de conforter certaines compétences techniques (interprétations de données expérimentales, modélisation) applicables à différents domaines de la science des matériaux et de l’ingénieur.
[1] Ce travail s'inscrit naturellement dans les perspectives évoquées dans la thèse 'Thermal conductivity of mixed oxide fuel (MOX) : effect of temperature, elementary chemical composition, microstructure and burn-up in reactor' - TEL - Thèses en ligne.