Contribution à la modélisation du comportement mécanique des combustibles REP sous irradiation, avec en particulier le traitement de l'interaction pastille-gaine dans un crayon combustible

Modelling of the PWR fuel mechanical behaviour and particularly study of the pellet-cladding interaction in a fuel rod

• Auteur / Autrice : Nicolas Hourdequin
• Direction : Michel Groos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustibles nucléaires irradiés

Mots clés libres

Réacteur eau pressurisée

Code Toutatis

Pressurized water reactor

Résumé

Dans les centrales nucléaires REP (réacteurs à eau pressurisée), les gaines de combustible constituent la première barrière de confinement des produits radioactifs. Leur rupture doit être évitée afin de maintenir un niveau maximal de sûreté. Dans ce but, des calculs prévisionnels sont effectués à l'aide de codes de calcul développés grâce à un acquis expérimental important dans le domaine. Jusque là, les codes de conception, généralement unidimensionnels, suffisaient au dimensionnement des crayons de combustible pour leur utilisation dans les conditions de fonctionnement standard en base des réacteurs. Toutefois, le besoin accru de disponibilité des REP induit de nouvelles conditions de fonctionnement dans lesquelles les ruptures de gaine sont fortement conditionnées, surtout à puissance élevée, par le comportement mécanique du crayon. L’influence de l'interaction pastille-gaine (IPG) est alors particulièrement marquée. Elle se caractérise par des effets locaux qui nécessitent une description multidimensionnelle. C’est ce que propose le code Toutatis 2d-3d au développement duquel cette thèse a contribué. Ce code permet également de mettre en évidence des comportements tridimensionnels globaux, comme l'arcure du crayon observé lors d'un incident expérimental que l'on a pu expertiser grâce à Toutatis 3d. Par ailleurs, l'IPG est influencée par les variations de volume du combustible qui résultent des phénomènes de densification et de gonflement sous irradiation. On a développé dans le code Toutatis 2d un module de simulation intégrant un modèle de densification ainsi qu'un modèle de gonflement qui n'est actuellement valable qu'en régime de fonctionnement standard des REP. Cependant, la structure informatique du module de simulation est susceptible d'accueillir n'importe quel type de modèle correspondant à d'autres conditions de fonctionnement. On montre enfin les conséquences de ces variations de volume du combustible sur l'état mécanique de la gaine.