Thèse soutenue

Influence de la taille, de la morphologie et de la distribution spatiale des pores sur la conductivité thermique de céramiques UO2

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Joane Meynard
Direction : Renaud MassonMihai Garajeu
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des solides
Date : Soutenance le 04/12/2019
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département d'étude des combustibles (CEA Cadarache) - LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
Jury : Président / Présidente : Albert Giraud
Examinateurs / Examinatrices : Michel Bornert, François Willot, Arnaud Monnier, Christelle Vivant Duguay
Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Dumontet, Gérard Louis Vignoles

Résumé

FR  |  
EN

Dans un réacteur nucléaire, le comportement des combustibles est piloté par des phénomènes thermiques. C'est pourquoi il est important de modéliser précisément leur comportement thermique.L’objectif de ces travaux est d’évaluer l’impact de la microstructure sur les propriétés thermiques d’un combustible UO2 à 50°C.Des céramiques UO2 ont été fabriquées. Deux familles de porosité ont été identifiées à l’aide de différentes techniques d’imagerie (microscopie optique, MEB-FIB et tomographie X) : la porosité occluse de forme quasi-sphérique et localisée dans les granulats d’UO2 et un réseau de porosité "d'assemblage" localisée à l’interface des granulats. Des paramètres descripteurs ont été déterminés par mesures par immersion et par analyse d’images. Des études par homogénéisation analytique et numérique (calculs par transformée de Fourier rapide) ont été réalisées afin d’évaluer l’impact de ces caractéristiques sur la conductivité thermique. Les calculs numériques ont été réalisés sur des images 2D et 3D obtenues par imagerie et générées avec un modèle morphologique original reproduisant les spécificités des structures poreuses observées. Ces études ont mis en évidence l’impact de la répartition spatiale et de l’interconnexion de la porosité d’assemblage sur la conductivité thermique des céramiques UO2. Finalement, le modèle proposé a été comparé à des mesures expérimentales de diffusivité thermique obtenues par méthode Flash. Cette comparaison a permis de montrer que le modèle reproduit les tendances associées à la dégradation de la conductivité thermique mesurée sur les céramiques étudiées.