Étude du comportement de gaz rares dans une matrice céramique à haute température : modélisation par approches semi-empiriques

Mehdi Colbert a soutenu sa thèse le 15 novembre 2012 à Marseille.

Le dioxyde d’uranium UO2 est utilisé en tant que combustible standard dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). Pour cette raison il est très important de bien connaître ses propriétés mécaniques, thermiques et physico-chimiques dans les conditions de fonctionnement normales ou accidentelles (600K - 2000K). Lors des réactions de fissions de l'uranium, des gaz rares tel que le Xe et Kr sont générés. Ces atomes présentent une très faible solubilité dans la matrice combustible et vont donc soit être relâchés, soit former des bulles de gaz (intra ou intergranulaires) au sein de l’UO2. La présence de ces bulles modifie les propriétés thermomécaniques du combustible. Les enjeux en termes de sûreté, liés à la présence de ces bulles, ont donné lieu à d'importants travaux, tant sur le plan expérimental que théorique, afin d'accroître notre compréhension de l'ensemble des propriétés physiques et du comportement du combustible. L’objectif de ces travaux est de mieux comprendre l'impact de bulles de gaz intragranulaires sur le comportement du combustible au moyen de modélisations atomistiques. Dans un premier temps, l'impact de cavités intragranulaires sur les propriétés thermomécaniques (comportement élastique, dilatation thermique et conductivité thermique) a été étudié par des approche semi-empiriques. Un soin particulier a été porté à l’étude des effets d’interfaces pour ces cavités nanométriques. Dans un deuxième temps, nous avons procédé à un remplissage physique des ces cavités par du xénon et nous avons étudié la microstructure et les pressions régnant au sein des bulles.  Le confinement par la céramique conduit à des pressions dans les bulles beaucoup plus importantes qu’estimé jusque là.