Thèse soutenue

Simulation de la compaction de poudres céramiques par la méthode des éléments discrets : application à la mise en forme des combustibles nucléaires mixtes

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Auteur / Autrice : Patrick Pizette
Direction : Christophe Martin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
Date : Soutenance en 2009
Etablissement(s) : Grenoble INPG
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble) - Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble) - Laboratoire des combustibles uranium (Cadarache, Bouches-du-Rhône)
Entreprise : Areva
Jury : Président / Présidente : Frédéric Victor Donzé
Examinateurs / Examinatrices : Florence Sans, Gérard Delette, Philippe Sornay
Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Bienvenu, Moulay Saïd El Youssoufi

Résumé

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Le combustible nucléaire mixte (MOX) est élaboré sous forme de pastilles par compaction en matrice puis frittage d'un mélange de poudres d'oxydes d'uranium et de plutonium. Du fait de la variabilité des poudres et compte tenu de la nécessité industrielle de maintenir constants les paramètres de fabrication sur des quantités importantes de produit, l'opération de compaction peut être à l'origine de rejets des pastilles lors des contrôles. En particulier, la solidité et la maîtrise dimensionnelle des comprimés sont des enjeux majeurs du procédé. La méthode des éléments discrets (DEM), mise en œuvre ici, offre un outil puissant de compréhension et de simulation. Elle s'appuie sur une modélisation explicite du caractère particulaire des poudres. Deux représentations, à l'échelle des agrégats de cristallites et à l'échelle des cristallites sont considérées pour simuler la consolidation de la poudre. Une méthodologie à partir d'expériences numériques est proposée pour établir des lois de comportement susceptibles de renseigner un code par éléments finis. Enfin, la modélisation à l'échelle des cristallites permet d'identifier les principaux paramètres microstructuraux qui influent sur la solidité des comprimés.