Etude et modélisation du comportement thermomécanique de combustibles composites en réacteur

• Auteur / Autrice : Vincent Georgenthum
• Direction : Jean Brillaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides et matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoélasticité

Méthode des éléments finis

Composites à matrice céramique

Irradiation

Américium

Déchets radioactifs -- Transmutation

Résumé

Dans le cadre de la gestion des dechets nucleaires, le cea etudie les moyens de transmuter les actinides mineurs (am). La voie qui semble la plus adaptee est le mode de recyclage heterogene ou les am sont places sous forme de particules spheriques ceramiques dans une matrice, inerte du point de vue neutronique, qui sert de support. Les caracteristiques de ces materiaux sont telles que leur comportement thermomecanique sous irradiation ne peut etre evalue par les codes standards. Le combustible composite peut etre considere comme un materiau homogene ayant des proprietes equivalentes si un volume elementaire representatif (ver) peut etre defini. Des formulations analytiques peuvent alors donner les proprietes thermiques et mecaniques equivalentes pour des microstructures simples. Pour les cas plus complexes ces proprietes doivent etre calculees numeriquement. Un code de calcul par elements finis, castem 2000, est utilise sur des maillages idealises ou deduits de ceramographies. Lorsque la separation des echelles ou la macrohomogeneite de la structure n'est pas respectee, on ne peut pas definir de ver et un calcul heterogene direct du comportement thermoelastique de la pastille est effectue dans certains cas. Les differents calculs ont montre que la modelisation homogene est suffisante pour les combustibles microdisperses. Les calculs heterogenes donnent le comportement local et global et sont adaptes a l'etude des composites comportant des inclusions de grande taille. Au cours de l'irradiation experimentale thermhet, differents combustibles composites ont ete irradies (matrice spinelle avec des inclusions d'uo 2) et la temperature centrale des quatre aiguilles a ete mesuree. Alors qu'un important gonflement s'est produit dans le combustible microdisperse, les combustibles macrodisperses n'ont subi aucune evolution structurale importante. La comparaison des mesures avec les calculs constitue la premiere etape de la validation de la modelisation proposee.