Thèse soutenue

Étude du glissement des dislocations <c+a> dans le zirconium

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Auteur / Autrice : Thomas Soyez
Direction : Emmanuel ClouetFabien Onimus
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 05/11/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
Laboratoire : Service de recherches de métallurgie physique (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 201X-2023)
Jury : Président / Présidente : Jérôme Creuze
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Mompiou, Fabienne Ribeiro, Ivan Guillot, Christophe Domain
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Mompiou, Fabienne Ribeiro

Résumé

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Les alliages de zirconium sont utilisés dans l’industrie nucléaire pour la fabrication des assemblages combustibles (tube guides, gaines et grilles). Afin de correctement prédire le comportement de ces alliages au cours de leur utilisation, il est nécessaire de connaître leur comportement mécanique. La déformation des métaux s’effectue généralement par glissement des dislocations et par maclage. Le zirconium présentant une structure hexagonale compacte, le développement de la déformation plastique est anisotrope. Pour une sollicitation suivant la direction <c> du cristal, le mode de déformation principal correspondant au glissement de dislocations de vecteur de Burgers <a> ne permet pas d’accommoder la déformation et le glissement de dislocations à vecteur de Burgers <c+a> ou le maclage doit s’activer. Cette thèse a pour but d’étudier les propriétés de ces dislocations <c+a> en se basant sur deux approches complémentaires, des observations en microscopie électronique à transmission (MET) et des simulations atomiques.Les observations MET ont permis de mettre en évidence le système de glissement des dislocations <c+a> : ces dernières ne glissent que dans des plans pyramidaux de première espèce. Le glissement dévié est fréquemment observé entre plans pyramidaux de première espèce. Les dislocations <c+a> apparaissent rectilignes et orientées préférentiellement dans leur orientation <a>, soit l’intersection entre le plan de glissement et le plan de base. Lors d’essais de traction in situ en MET, le glissement de ces dislocations a été observé et un glissement plus difficile de la dislocation <c+a> dans son orientation <a> a été démontré. Deux types de glissement ont été observés : un glissement rigide où la dislocation avance en bloc dans son plan de glissement et un glissement visqueux des segments <a> conduisant à la création de macro décrochements.Les simulations atomiques ont permis d’expliquer le glissement dans le plan pyramidal de première espèce via une étude des fautes d’empilement dans les plans possibles de glissement et via la détermination de la structure de cœur de la dislocation <c+a> vis dans son état fondamental. Cette structure est pilotée par une dissociation en deux partielles non équivalentes dans le plan pyramidal de première espèce. L’étude de l’évolution de la structure de cœur dans son état fondamental sous une contrainte appliquée met en évidence une contrainte de Peierls différente en fonction du sens de la contrainte et démontre un glissement difficile de la dislocation <c+a> avec une contrainte de Peierls trente fois plus élevée que celle nécessaire pour le glissement de la dislocation <a>. L’activation thermique est donc nécessaire pour permettre à la dislocation vis d’avancer. En température, un glissement par germination de double décrochements a été observé dans des simulations de dynamique moléculaire et a été décrit par une loi thermiquement activée. La dislocation <c+a> alignée dans une direction <a> présente, quant à elle, une structure non planaire, se dissociant dans son plan de glissement pyramidal, mais également dans un second plan. La nature de ce second plan de dissociation, basal ou prismatique, varie avec le modèle énergétique choisi.