SharePoint
Aide
Faire avancer la sûreté nucléaire

La Recherchev2

HDR soutenue

Micromécanique du combustible : homogénéisation, fissuration, milieux granulaires

Fermer

Authentification

Email :

Mot de passe :


Yann Monerie a soutenu son HDR le 27 septembre 2010 à Aix-en-Provence.

Jury

 

M. Pierre Gilormini, D.R., CNRS/Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux, rapporteur

M. Ricardo Lebensohn Senior researcher, Los Alamos National Laboratory (USA), rapporteur

M. Jean-Jacques Marigo, Professeur, Ecole Polytechnique, rapporteur

M. André Chrysochoos, Professeur, Université Montpellier II, membre

M. Sylvain Leclercq, Chercheur Senior HDR, EdF R&D, Moret-sur-Loing, membre

Mme Anna Pandolfi, Professeure associée Politecnico di Milano (Italie), membre

M. Farhang Radjaï, D.R., CNRS/Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, membre

M. Pierre Suquet, D.R., CNRS/Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique, membre

 

 

Résumé

 

Ce travail synthétise une quinzaine d’années de recherche en micromécanique des matériaux. Un accent est mis sur les travaux les plus récents réalisés dans le cadre de la sûreté nucléaire. La micromécanique y trouve une place naturelle visant à prédire le comportement des matériaux hétérogènes à microstructure évolutive. Les applications visées concernent pour l’essentiel le combustible nucléaire et son gainage tubulaire. Le combustible à base de dioxyde d’uranium est modélisé, selon les échelles considérées, comme une céramique poreuse ou un milieu granulaire. Les gainages en Zircaloy fortement irradié sont identifiés à un milieu composite à matrice métallique et à gradient de propriétés. L’analyse de ces classes de matériaux est riche en problématiques à caractère plus fondamental. Trois thèmes principaux sont abordés : 1/ l’homogénéisation, 2/ la fissuration, la rupture et la fragmentation, 3/ les milieux discrets et les couplages fluide-grains.

 

L’homogénéisation

Les méthodes analytiques de changement d’échelles proposées visent à estimer ou à borner les comportements linéaires et non linéaires équivalents des milieux poreux isotropes et des composites anisotropes à matrice métallique. Les milieux poreux considérés sont saturés ou drainés, à matrice compressible ou incompressible et possèdent une ou deux échelles de pores sphériques, ellipsoïdaux ou de fissures. Les composites étudiés possèdent une anisotropie macroscopique liée à celle de la matrice, à la forme et à la distribution spatiale des inclusions. Les comportements thermoélastiques, élastoplastiques, viscoplastiques et l’endommagement ductile de ces milieux sont abordés par différentes techniques : extensions d’approches classiques en linéaire notamment, approches variationnelles et approches par potentiels elliptiques avec mécanismes élémentaires thermiquement activés. Les modèles développés sont validés sur des simulations numériques aux éléments finis et leur pertinence fonctionnelle est illustrée par comparaison à des données expérimentales issues de la littérature. Parmi les résultats significatifs obtenus, on peut citer un critère de plasticité pour les milieux fissurés à matrice de Gurson.

 

La fissuration

L’objectif principal de cette thématique est la simulation numérique de la multifissuration des milieux fortement hétérogènes de leur état sain à leur état rompu. Une méthode nommée « Non Smooth Fracture Dynamics » est proposée. Elle repose sur une modélisation aux éléments finis cohésifs-volumiques et sur une gestion multicorps en dynamique non régulière (schéma implicite). Les principales difficultés théoriques et pratiques de la méthode cohésive-volumique sont abordées en détails : non unicité des solutions, instabilités, dépendance au maillage, mixité locale, identification expérimentale des propriétés cohésives. En associant cette méthode à des techniques d’homogénéisation analytiques et numériques, une approche à deux échelles volumiques et surfaciques est développée pour la fissuration des milieux à gradient de propriétés : l’effet de la répartition spatiale d’inclusions fragilisantes sur les critères macroscopiques de rupture et sur la tortuosité des chemins de fissuration est mis en évidence. Un résultat intermédiaire de ces travaux est la caractérisation statistique des Volumes Elémentaires Représentatifs en fissuration et rupture.

 

Les milieux granulaires

Cette thématique plus récente regroupe l’analyse numérique et stochastique des milieux discrets en présence ou non d’une phase fluide. Sur le plan numérique, la méthode multicorps en dynamique non régulière est employée. Dans le cas d’un fluide interstitiel ou environnant, cette méthode est couplée à deux autres classes de méthodes selon le régime inertiel et la taille du système considérés : les méthodes de type milieux poreux (fluide homogène équivalent) ou de type domaines fictifs (simulation numérique directe). Ces méthodes sont validées sur des essais de fluidisation et de sédimentation. Sur le plan de l’analyse, quelques résultats sont obtenus pour les écoulements gravitaires : statistique de blocage en configuration de silo, effets de compaction lors d’avalanches sous-marines.