Etude multi-échelle du phénomène de rupture des joints de grain dans l’UO2

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire de Statistique et des Méthodes Avancées (LSMA)

Date de début : octobre 2020

Lors d’une hypothétique situation accidentelle, des gaz de fission peuvent s’accumuler aux joints de grains dans le combustible nucléaire et entraîner leurs ruptures. Afin de modéliser le comportement mécanique global du combustible lors d’une situation accidentelle, il est nécessaire de connaître précisément le seuil de rupture, en termes de contraintes, des joints de grains. Actuellement, ces seuils ne sont pas fondés solidement sur l’expérience ou sur la théorie.

L’objectif principal de cette thèse est de proposer des valeurs pertinentes pour cette grandeur. A l’échelle atomistique, des calculs de dynamique moléculaire avec un potentiel semi-empirique à charges variables tenant compte de l’environnement des atomes permettront l’obtention de contrainte à rupture locale des joints de grains du combustible. Cependant, dans la littérature, les valeurs obtenues en dynamique moléculaire pour différents matériaux sont plusieurs ordres de grandeurs plus élevées que les contraintes issues des calculs de micromécanique, pouvant atteindre plusieurs GPa. Ainsi, des techniques d’homogénéisation, basés sur des considérations thermodynamiques, seront mises en œuvre afin de remonter jusqu’à l’échelle mésoscopique, échelle du matériau. A l’échelle mésoscopique, des calculs mécaniques de rupture à l’aide de modèles de zones cohésives seront effectués. Ces calculs permettront d’évaluer des critères de rupture utilisables dans des calculs macroscopiques.