Thèse soutenue

Interaction Laser-UO2 : vers une simulation du chargement thermique d’un accident de réactivité (RIA) à l’échelle du laboratoire
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Auteur / Autrice : Thibault Vidal
Direction : Laurent GallaisYves Pontillon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
Date : Soutenance le 30/09/2020
Etablissement(s) : Ecole centrale de Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France) - Institut FRESNEL / FRESNEL
Jury : Président / Présidente : Suzanne Giorgio
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Gallais, Suzanne Giorgio, Rudy Konings, Patrick Simon, Laurent Berthe, Philippe Delaporte
Rapporteurs / Rapporteuses : Rudy Konings, Patrick Simon

Résumé

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Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre général des études sur les combustibles nucléaires actuels et futurs, notamment leur comportement sous des charges thermiques représentatives des conditions de type RIA (Reactivity Initiated Accident) dans les réacteurs nucléaires. Jusqu'à présent, ces études sont réalisées grâce à des expériences intégrales dédiées menées en réacteurs avec le coût et les contraintes correspondantes. Au cours de nos travaux, nous avons étudié la possibilité de développer une plateforme expérimentale à l'échelle du laboratoire, capable de soumettre des combustibles nucléaires irradiés et des assemblages de gaines de combustible à des tests thermiques à très hautes températures (au-dessus de de 2000°C) avec un contrôle précis des gradients thermiques et des dynamiques temporelles, et couplé à terme à une analyse des rejets de gaz et de produits de fission, et à la cinétique d'évolution de la microstructures et de la fragmentation du combustible.Pour atteindre cet objectif, des travaux prospectifs ont été menés au cours de cette thèse dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut Fresnel , qui a apporté son expertise dans le domaine des interactions laser / matériau à haute puissance et de l'instrumentation optique, et du CEA/IRESNE, avec une expertise dans les traitements thermiques des combustibles irradiés, qui a permis de définir les expériences pertinentes et compatibles avec une possibilité d’intégration dans un laboratoire de haute activité.Suite à des investigations numériques préliminaires, un concept basé sur l'utilisation d’un laser de puissance a été proposé et mis en œuvre, tout d'abord sur un matériau postiche (du graphite de type EDM3) puis sur de l‘UO2. Nous montrons dans ce mémoire que l’approche proposée permet de reproduire précisément les gradients thermiques caractéristiques d’un RIA, sous réserve que l’échantillon étudié soit suffisamment fin (sub-millimétrique), et que le modèle numérique développé permet de reproduire très fidèlement les observations expérimentales et s’avère être un outil extrêmement utile pour préparer et interpréter les essais. Nous avons ainsi pu démontrer la pertinence et la faisabilité de l’approche proposée qui permettra peut-être à l’avenir de ramener certaines études de sûreté nucléaire du niveau du réacteur à l'échelle du laboratoire pour fournir des données expérimentales cruciales pour la validation des modèles physiques mis en œuvre dans les codes de performance du combustible nucléaire.