Recherche Avancée

Thèse soutenue

Anisotropie de comportement en fluage thermique de tubes gaine et de tubes guide en alliages de Zirconium. Développements expérimentaux et résultats.

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Auteur / Autrice : Catherine Grosjean
Direction : Dominique Poquillon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
Date : Soutenance le 30/06/2009
Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Résumé

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Les tubes gaine et tubes guide réalisés en alliage de zirconium et utilisés dans les réacteurs à eau pressurisée constituent des éléments de structures essentiels de ce type de réacteur. Soumis à de multiples sollicitations (irradiation, corrosion, hydruration…), ils subissent aussi des contraintes mécaniques multiaxées à une température d'environ 320 °C, ce qui induit du fluage thermique. Cette thèse a pour but d'étudier l'influence de trois paramètres sur le comportement en fluage d'alliages de zirconium qui sont fortement anisotropes : le trajet de chargement, l'état métallurgique et la composition chimique. Compte tenu de la géométrie particulière de ces tubes mais surtout de la multiaxialité des chargements en service (pression interne qui augmente, contrainte axiale…), la première partie de la thèse a consisté en la mise au point d'un dispositif de fluage adapté. Celui-ci a été testé et validé en réalisant des essais sur Zircaloy 4 détendu. La suite de l'étude a été menée à une température fixe, 400 °C, en réalisant des essais pour déterminer deux courbes iso-vitesses de fluage (5 10-9 et 3,510-8 s-1) pour chacun des matériaux testés. La comparaison entre les résultats obtenus sur le Zircaloy 4 détendu et recristallisé a permis de déterminer les effets de l'état métallurgique sur le fluage dans cette gamme de vitesses. L'alliage de référence (M5®) nous a permis de montrer, qu'à cette température, pour cette gamme de contraintes, l'ordre des étapes de mise en charge ne semblait pas avoir d'influence sur le comportement en fluage. Les effets de l'oxygène, de l'étain et du fer ont pu être étudiés grâce à 5 autres alliages (M5® haut et bas oxygène, quaternaires Q12, Q32 et Q42). Enfin, à l'aide du logiciel Sidolo, en utilisant d'une part la base expérimentale sur le M5® et d'autre part celle sur le Zircaloy 4 recristallisé, deux modélisations macroscopiques ont été ajustées sur les résultats expérimentaux. La première utilise un critère de Von Mises (isotrope), la seconde un critère de Hill plus adapté pour les matériaux anisotropes. Aucun de ces deux modèles ne parvient à rendre compte de la forte anisotropie du comportement de fluage à 400°C en particulier pour des valeurs de σZZ / σθθ entre 0,5 et 1.