Etude du glissement des dislocations c+a dans le zirconium

par Thomas Soyez

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Emmanuel Clouet.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec CEA/SRMP - Service de Recherches de Métallurgie Physique (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Le zirconium et ses alliages présentent un comportement mécanique très anisotrope. Cette forte anisotropie plastique est le résultat de l'existence de modes de déformation difficiles à activer. Ces modes de déformation jouent néanmoins un rôle essentiel dans le comportement mécanique de ces matériaux. En effet, l'accommodation complète de la déformation plastique dans le zirconium ne peut pas se faire par la seule activation des systèmes de glissement faciles, glissement des dislocations de vecteurs de Burgers <a>. Pour accommoder la déformation suivant l'axe <c> du cristal hexagonal, il est nécessaire d'activer soit le maclage, soit le glissement des dislocations <c+a> qui sont tous deux des modes de déformation difficiles. Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés des dislocations <c+a> (structure de cœur, propriétés de glissement). Ces dislocations ont une structure de cœur non connue, bien qu'il soit souvent fait appel à elle pour expliquer une forte friction de réseau et des phénomènes de vieillissement. Cette thèse apportera donc les éléments nécessaires pour la modélisation complète de la plasticité cristalline du zirconium, complétant ainsi le travail déjà effectué au cours de deux précédentes thèses. Ces dislocations <c+a> ont un rôle important également pour le comportement sous irradiation, puisqu'on les soupçonne de favoriser l'apparition des boucles lacunaires résidant dans le plan de base, boucles responsables du phénomène de croissance sous irradiation. Ces mêmes dislocations sont également associées à la perte de cohérence des hydrures se formant en réacteur. Pour cette étude, nous nous appuierons sur des simulations à l'échelle atomique (statique et dynamique moléculaire) pour modéliser des dislocations <c+a> de différentes orientations glissant dans les plans pyramidaux. Ces simulations nous permettront d'obtenir les lois de mobilité de ces dislocations <c+a>, lois prenant explicitement en compte la température et la contrainte appliquée. Les orientations de la dislocation qui auront été identifiées comme déterminantes pour le contrôle de la déformation plastique seront également étudiées par calcul ab initio afin de pouvoir étudier à terme l'influence des éléments d'alliage, en particulier l'oxygène, sur la mobilité de ces dislocations. Une telle étude à l'échelle atomique sera complétée par des observations expérimentales. Nous tirerons en effet partie de l'existence au CEA d'échantillons permettant d'obtenir des lames minces correctement orientées pour activer la plasticité suivant l'axe <c>. Ces échantillons seront utilisés pour effectuer des essais de traction in situ en microscopie électronique à transmission, essais qui nous permettront d'observer le glissement des dislocations <c+a>.

  • Titre traduit

    Study of the dislocation glide in zirconium


  • Résumé

    Zirconium and its alloys present an anisotropic behavior. This strong plastic anisotropy is the result of existence of several deformation modes that are hard to activate. Those deformation modes play an essential role in the plastic behavior of those materials. Indeed, the total accommodation of the plastic deformation in zirconium cannot be done only with the easy glide which is the glide of the dislocation of a Burgers vector <a>. To accommodate along the <c> axis of the hexagonal lattice, it is necessary to activate either the twining either the glide of the <c+a> dislocations which are both difficult deformation mode. The aim of this thesis is to study the properties of the <c+a> dislocations (core structure, glide properties). Those dislocations has an unknown core structure, even if they are often said to be the reason of a strong friction in the lattice and of aging. This thesis will bring necessary elements for the total modeling of the crystalline plasticity in zirconium completing the previous worked done in two thesis. Those <c+a> dislocations play an important role in the behavior under irradiation since they are supposed to favor the appearance of defect loops in the basal plane. Loops that are responsible of the growth under irradiation phenomena. Those dislocations are also associated to coherence loss in the hydride created during operation of the reactor. In this study, atomic scale simulations will be used (molecular static and dynamic) to model the <c+a> dislocations in different orientations gliding in the pyramidal planes. With those simulations, <c+a> dislocations mobility laws will be obtained . Laws taking taking into account the temperature and the applied strain. The orientation of the dislocation that will be identified as the determinant ones for the plastic deformation control will also be studied with ab initio simulations in order to study the influence of the alloying elements, particularly oxygen, on the dislocation mobility. Such a study at atomic scale will be completed with experimental observations. We will take advantages of the presence of sample at CEA to obtain well oriented thin blades to activate the plasticity along the <c> axis. those samples will be used to perform in situ tensile test with a transmission electronic microscope, test that will allow to observe the glide of the <c+a> dislocations.