Le combustible nucléaire MOX (Mixed OXide), céramique obtenue à partir d’un mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium, constitue une alternative stratégique pour la valorisation du plutonium provenant du retraitement des combustibles usés. Les pastilles de MOX sont fabriquées industriellement par un procédé de métallurgie des poudres couplé à une densification du matériau avec un frittage à haute température. Les rebuts de production sont réintroduit dans le procédé sous forme de poudre chamottée. Cependant, l’influence de la teneur et de la nature de cette chamotte sur la stabilité microstructurale du matériau reste encore mal connue, notamment lors des étapes de pressage et de frittage. Ceci constitue un élément clé à la fois sur la tenue mécanique et le comportement en réacteur des combustibles MOX. Une meilleure compréhension de ces phénomènes, associée à une modélisation fine, permettrait d’optimiser les procédés industriels et d’améliorer à terme la fiabilité de ces combustibles.
L’objectif de ce projet de thèse est d’étudier et de modéliser l’évolution des propriétés microstructurales du combustible MOX en fonction de la teneur et de la nature de la chamotte ajoutée lors de la fabrication. La stratégie de la thèse s’appuiera sur une approche intégrée combinant une étude expérimentale à des simulations numériques. Elle repose sur une caractérisation multi-échelle de la microstructure couplant des techniques d’imagerie et de spectroscopie et sur une reconstruction tridimensionnelle de la microstructure à partir d’images 2D expérimentales. L’objectif étant à terme de relier les propriétés élastiques du matériau à sa microstructure. Ces travaux s’appuieront sur une approche couplant expérience et modélisation, qui conjuguera l’expertise de l'équipe encadrante dans la mise en œuvre d’expérimentations sur matériaux plutonifères et dans la modélisation numériques (modélisation micromécanique, calcul FFT).
A l’issue de cette thèse, le(la) candidat(e), de formation initiale en physico-chimie des matériaux, maitrisera un large panel de techniques expérimentales ainsi que des méthodes pointues de modélisation numérique sur matériaux céramiques. Cette double compétence lui ouvrira de nombreuses perspectives d’emploi en recherche académique ou en R&D industrielle, au sein comme hors du secteur nucléaire.