Etude de l'impact de la fissuration des combustibles nucléaires oxyde sur le comportement normal et incidentel des crayons combustible

Le travail de thèse porte sur la fissuration des pastilles combustible UO2 des réacteurs à eau pressurisée, et ses conséquences sur le comportement mécanique du crayon combustible. La fissuration conduit : d une part, à une importante relaxation des contraintes dont dépendent la plupart des autres phénomènes mécaniques et physicochimiques, d autre part, à la fragmentation de la pastille. Sa prise en compte est nécessaire pour une description correcte du chargement mécanique de la gaine au cours de l irradiation. L approche locale de la rupture a été adoptée pour décrire la fissuration de la pastille. Des considérations pratiques nous ont amenés à privilégier une description quasi-statique de la fissuration du combustible à l aide de modèles d endommagement local. Ces modèles décrivent l apparition de fissures par une perte de rigidité locale du matériau. Une telle description présente des difficultés de mise en oeuvre, telles que des dépendances des résultats au maillage éléments finis et des évolutions discontinues de l équilibre de la structure lors de propagations instables. Ces points ont fait l objet d une attention particulière car ils conditionnent l utilisation de tels modèles dans les études combustibles. Le travail effectué s inscrit en support des différents schémas de calculs du code ALCYONE développé au DEC/SESC au sein de la plateforme PLEIADES. Pour chacun de ces schémas, qui se différencient par les hypothèses de modélisation géométrique du crayon, nous avons proposé une modélisation des effets de la fissuration de la pastille. La modélisation dite 2D axisymétrique du crayon combustible est la plus novatrice et a été de ce fait particulièrement étudiée. Nous montrons qu elle est à même de rendre compte, grâce à une description appropriée de la fissuration du combustible, des principaux changements géométriques du crayon combustible intervenant en situation de fonctionnement normal ou incidentel.This thesis aims to model the cracking of pressurised water reactor fuel pellets and its consequences on the mechanical behaviour of the fuel rod. Fuel cracking has two main consequences. It relieves the stress in the pellet, upon which the majority of the mechanical and physico-chemical phenomena are dependent. It also leads to pellet fragmentation. Taking fuel cracking into account is therefore necessary to adequately predict the mechanical loading of the cladding during the course of an irradiation. The local approach to fracture was chosen to describe fuel pellet cracking. Practical considerations brought us to favour a quasi-static description of fuel cracking by means of a local damage models. These models describe the appearance of cracks by a local loss of rigidity of the material. Such a description leads to numerical difficulties, such as mesh dependency of the results and abrupt changes in the equilibrium state of the mechanical structure during unstable crack propagations. A particular attention was paid to these difficulties because they condition the use of such models in engineering studies. This work was performed within the framework of the ALCYONE fuel performance package developed at CEA/DEC/SESC which relies on the PLEIADES software platform. ALCYONE provides users with various approaches for modelling nuclear fuel behaviour, which differ in terms ofthe type geometry considered for the fuel rod. A specific model was developed and implemented to describe fuel cracking for each of these approaches. The 2D axi-symmetric fuel rod model is the most innovative and was particularly studied. We show that it is able to assess, thanks to an appropriate description of fuel cracking, the main geometrical changes of the fuel rod occurring under normal and off-normal operating conditions.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Quelques applications d'un modèle mécanique de la lithosphère

Ce travail propose un modèle mécanique de la lithosphère qui interprète le concept d'enveloppe de résistance de la manière la plus simple possible. Le comportement fragile qui dépend de la pression et le comportement ductile fortement variable avec la température sont les seuls pris en compte. Les effets de ce modèle sur la stratification thermomécanique de la lithosphère et sur la dynamique de l'expansion océanique sont présentés. Nous étudions un problème modèle unidimensionnel qui combine un mouvement de cisaillement pur et un mouvement de glissement simple variable avec la profondeur. En plus de la transition fragile/ductile, nous mettons en évidence une couche de transition à travers laquelle s'opère un changement de comportement de la réponse des roches en écoulement ductile. Cette couche sépare une zone où le cisaillement pur domine, d'une zone plus profonde où le glissement simple l'emporte. L'application de ce problème à la lithosphère suggère que cette couche jouerait un rôle essentiel comme mécanisme de décollement. Ce problème modèle a été de plus appliqué aux lithosphères océanique et continentale pour lesquelles les géothermes classiques ont été utilisés. Concernant l'expansion océanique, nous développons une théorie analytique de couche limite avec raccordement. Nous montrons comment le couplage entre la lithosphère et la convection mantellique est non linéaire et non local et que l'écoulement gravitaire de la lithosphère océanique suffit à entraîner la remontée passive de l'asthénosphère. À la différence des études antérieures, notre analyse montre clairement les rôles de la force déviatorique et de la partie fragile. En considérant la dilatation thermique dans le loi de comportement, la théorie prédit un taux de déformation et un champ de contrainte en accord avec les observations de Stein & Paleyo (1991) et de Kreemer et al. (2002). La corrélation entre le déviateur des contraintes et les mécanismes au foyer est mise en évidence.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Relaxation de couches minces précontraintes (Analyse mécanique et applications au substrat universel pour l'épitaxie)

Le développement de substrats permettant l'épitaxie en couches épaisses de matériaux optoélectronique désaccordées en maille fait l'objet d'investigation considérable dans le domaine de la rechreche tant appliquée que fondamentale. Ces matériaux ont une structure nonocristalline mais ont l'inconvénient de pouvoir combiner des matériaux présentant des paramètres de maille identiques ou très voisins. Ce travail fait le lien entre les études expérimentales des films minces de type semi-conducteur épitaxiés et les résultats issus de la modélisation. En effet, nous nous sommes intéressés à l'étude et l'analyse des phénomènes d'instabilité associés à l'apparition des ondulations d'un film élastique précontraint sur un substrat visqueux. Les résultats issus de cette modélisation montrent une forte dépendance de la vitesse de croissance des perturbations en fonction de l'anisotropie du film et donnent un ordre de grandeur correct pour les ondulations du film dans le cas d'InGaAs et SiGe.Various compliant substrates have been fabricated to grow heteroepitaxial films for optoelectronic applications. A compressively strained elastic film bonded to a viscous layer can form wrinkles.The present work provides a theoretical study for the winkling process. We model the mechanism of the lateral relaxation with a viscoelastic interface and we analyse this process. Subsequently, we model the elastic relaxation process for anisotropic and pre-stressed elastic film on an incompressible viscous layer and we study the linear stability analysis. The results show the influence of anisotropy on the critical wave number and on the orientions of the perturbations. The analysis is then extended for 3 dimentionnel configuration. The solution is determined for the anisotropic materials that modeled with nonlinear Von Karman plate theory. The viscous layer is modeled with theory of lubrification.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Nanorhéologie du contact sphère-plan avec couche mince interfaciale

LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Évaluation de la sensibilité du laminage aux modèles de comportement

Le travail présenté ici porte sur l'application au laminage des modèles de comportement récemment développés en plasticité grandes déformations en vue de la simulation numérique des procédés de mise en forme et notamment de l'emboutissage : modèle rigide plastique avec écrouissage isotrope, critère de Hill quadratique ou non-quadratique, plasticité associée ou non, viscoplasticité. Après avoir brièvement présenté ces modèles nous les intégrons dans le modèle classique de laminage (méthode des tranches, équation de Karman). La solution est obtenue en déterminant le point neutre par une méthode de tir. Ces modélisations sont ensuite illustrées par une analyse paramétrique de l'influence des divers paramètres constitutifs sur la réponse et une comparaison sur un matériau donné de différents modèles en exploitant les modèles identifiés par A. Khalfallah, A. Znaidi et A. Darsouni finalise ce travail

Caractérisation et évolution des bandes de cisaillement dans des monocristaux d'Al-Mn de différentes orientations cristallographiques

Le présent travail vise à caractériser les hétérogénéités qui surviennent dans la déformation en compression plane bi-encastrée de monocristaux d'Al-1%Mn (en poids). Les orientations initiales testées sont celles du tube de laminage : Cube, Goss, Laiton, Cuivre et Strange. Les essais sont conduits à froid jusqu'à des déformations de = 1,25.Pour chacune des orientations cristallines, les enregistrements de la contrainte de compression et de la réaction latérale sont présentés. Le second met en lumière l'anisotropie du matériau. Des microgrilles ont été déposées sur la face latérale des échantillons. Leur examen met en lumière plusieurs niveaux d'hétérogénéités: macroscopique (mm), mésoscopique (environ 10æm), échelle des bandes diffuses de déformation et microscopique (1/10 æm), échelle des micro bandes de cisaillement.L'observation des traces des systèmes de glissement permet de vérifier que la loi de Schmid s'applique bien. Le couplage entre les techniques de micro extensométrie et l'analyse des orientations cristallines par EBSD (electron back scattering pattern) s'avère difficile, ce pourquoi on a eu recours aux rayons X qui montrent qu'il existe deux sortes d'orientations : celles pour lesquelles il y a seulement une dispersion croissante avec la déformation autour de l'orientation intiale (Goss, Laiton), et qui ne présentent pas de microbandes de cisaillement ; celles où il y a rotation et dispersion du réseau (Cube, Cuivre, Strange), et qui en présentent.L'écrouissage est caractérisé par l'évolution de la cission résolue critique en fonction de la somme des glissements sur les différents systèmes et par l'évolution du taux d'écrouissage instantané en fonction de . Le minimum de cette quantité correspond à l'apparition des microbandes. La structure interne de celles-ci a été examinée par EBSD au MEB-feg (microscope à balayage à canon à émission de champ): elle montre la forte rotation cristalline qui accompagne leur développement, les distinguant radicalement des hétérogénéités constatées à l'échelle mésoscopique.ST ETIENNE-ENS des Mines (422182304) / SudocSudocFranceF

Contribution à la modélisation numérique des effets mécaniques des transformations martensitiques dans les aciers.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.International audienceDans notre travail nous avons développé un modèle micromécanique bidimensionnel pour simuler la transformation martensitique dans l'acier 16MND5. Notre modélisation est basée sur la méthode des éléments finis. Elle est présentée sous deux échelles différentes : la première est a l'échelle de mono-grain présenté pour la première fois par Ganghoffeur en 1997, la deuxième est à l'échelle de multi-grains. A l'aide de ces modèles nous avons montré l'importante influence du choix des paramètres numériques sur les résultats en terme de Plasticité de Transformation (TRIP). La modélisation à l'échelle multi-grains nous a permis d'analyser l'effet des contraintes internes sur la cinétique de transformation, ainsi que le rôle important de la charge externe appliquée pendant la transformation. Cette modélisation malgré ses limites permet de traduire les principales observations expérimentales de ce phénomène, notamment pour l'interaction entre la plasticité classique et le TRIP mis en évidence par Taleb et al 2001

Parametric numerical simulations of TRIP and its interaction with classical plasticity in martensitic transformation

International audienc

Modélisation de la plasticité due à une transformation martensitique dans les aciers

Cette thèse porte sur l'analyse d'un phénomène particulièrement important dérivant des conséquences mécaniques des transformations de phases solide-solide dans les aciers : la plasticité de transformation ou TRIP (Transformation Induced Plasticity) et son interaction avec la plasticité classique. Ce sujet est abordé à la fois par des investigations expérimentales et par une approche de modélisation numérique, pour les transformations martensitiques.This thesis concerned with the analysis of a particularly important phenomenon which corresponds to one of the mechanical consequences of solid-solid phase transformations in steels: the transformation plasticity or TRIP (TRansformation Induced Plasticity) and its interaction with classical plasticity. This subject is addressed from the point of view of experimental investigations as well as with a nuimerical modelling approach, concerning martensitic transformations.ROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF

Eulerian approach with the Lie derivative for a thermodynamic construction of hyperelastic models

International audienc