Etude du comportement à rupture de la zone HBS du combustible UO2 dans les réacteurs à eau pressurisée, par une approche micromécanique en condition accidentelle d’APRP
par Coralie Esnoul
Thèse de doctorat en Mécanique des solides
Sous la direction de Jean-Claude Michel, Rodrigue Largenton et de Bruno Michel.
Soutenue le 07-12-2018
à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille) , en partenariat avec LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence) (laboratoire) , Département d'étude des combustibles (CEA Cadarache) (laboratoire) et de EDF Lab Les Renardières (Moret sur Loing) (laboratoire) .
Le président du jury était Carole Nadot-Martin.
Le jury était composé de Jacques Besson, Daniel Baron.
Les rapporteurs étaient Yann Monerie, Serge Kruch.
- Combustible nucléaire
- Uo2
- Aprp
- Microstructure
- Hbs
- Fragmentation
- Micromecanique
- Rupture
- Endommagement
- Éléments finis
- Mécanique
- Combustibles nucléaires
- Fragmentation nucléaire
- Micromécanique (physique du solide)
- Réacteurs à eau sous pression -- Perte de fluide de refroidissement
mots clés
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Résumé
La reproduction expérimentale de transitoires thermiques accidentels de type Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) en laboratoire a permis d’observer la fragmentation du combustible fortement irradié lorsque la gaine se déforme sous l’augmentation de la température. Ces fragments de petites tailles peuvent se relocaliser dans le ballon voire être éjectés hors du crayon cas de rupture de gaine. La zone High Burnup Structure (HBS) des combustibles fortement irradiés est la plus susceptible de se fragmenter et d’être relocalisée par sa position en périphérie de pastille. Pour expliquer ce phénomène, l’hypothèse retenue est que le transitoire provoque une surpression dans les bulles HBS ce qui mène à la décohésion des joints de grains et à la fragmentation. Cette thèse a pour but de développer un critère de fissuration mécanique du combustible pour mieux comprendre le comportement des bulles HBS lors des conditions thermiques APRP. Ce travail se base sur une méthode une méthode micromécanique en trois étapes : i) la représentation qui permet de caractériser la microstructure de la zone HBS (leurs dimensions, leur fraction volumique, et la pression interne). Deux sources d’informations seront utilisées : les observations expérimentales provenant de disques ou de pastilles de combustible irradiés à fort taux de combustion et d’outils numériques(avec Alcyone-Caracas [JSB+14])
- Uo2
- Fuel
- Fragments
- Loca
- Hbs
- Microstructure
- Fuel failure
- Cracks mechanics
- Fem
mots clés
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Titre traduit
Studying of the fuel failure behaviour in PWR under LOCA condition using a micromechanical approach
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Résumé
Under Loss Of Coolant Accident(LOCA) transients conditions, the high irradiated fuel is fragmented in small sizes fragments who can be relocated in the balloon, or being ejected out of the fuel rod if the latter burst. This work focuses on the pellet rim, where bubbles density increases owing to a higher irradiation level. Usually the hypothesis used to explain fuel fragmentation during transient is grain cleavage induced by over pressurized fission gas bubbles, located at the grain boundary. The aim of this study is to define a macroscopic fragmentation model based on a micro mechanical approach to have a better understanding of the fuel mechanical behaviour at lower scale : size and volume fraction of fragments. This PhD introduces a stepwise micromechanical method based on three steps : i) firstly, we detail how to model the HBS microstructure including pressurized porosities, based on experimental or numerical data and define a representative volume element (RVE)
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