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Faire avancer la sûreté nucléaire

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RST 2008 - Laboratoire commun CNRS-IRSN

Recherche théorique et appliquée en sûreté nucléaire

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Le laboratoire MIST

Depuis le 1er juillet 2007, l’IRSN, le CNRS et l’université Montpellier II se sont dotés d’un laboratoire commun dans le domaine de la sûreté nucléaire : le Laboratoire de micromécanique et d’intégrité des structures (MIST). La création de ce laboratoire relève d’une poli tique conjointe et volontariste visant à renforcer les synergies entre recherche fondamentale et appliquée.
Ce laboratoire « sans mur », constitué de membres de la direction de la prévention des accidents majeurs (DPAM) de l’IRSN et du Laboratoire de mécanique et de génie civil (LMGC), unité mixte CNRS/ université de Montpellier II, a une double vocation : d’une part, proposer des outils de compréhension et de prédiction des phénomènes relevant explicitement de la sûreté nucléaire, d’autre part, aborder des thématiques scientifiques plus vastes dont les retombées bénéficient à chaque partenaire et à leur communauté de recherche.
Ce jeune laboratoire a montré dès 2008 la pertinence et l’efficacité de cette association de moyens de recherche en s’attaquant avec succès à des problèmes réputés scientifiquement ardus.  

 

Des compétences pointuesLa thématique globale du laboratoire MIST concerne l’intégrité des structures hétérogènes et évolutives. Cette dénomination recouvre le comportement des matériaux et des structures soumis à des ambiances nocives – telles que les sollicitations thermomécaniques intenses ou le vieillissement naturel, imposé et induit –, fréquemment rencontrées dans le domaine nucléaire (cœur de centrale, stockage de déchets, etc.).
En 2008, le laboratoire MIST a abordé ce thème ambitieux selon deux axes principaux : la micromécanique et la mécanique rapide. La micromécanique vise ici à quantifier l’impact des évolutions microstructurales induites par ces ambiances nocives sur l’intégrité des matériaux. Dans le contexte nucléaire, les évolutions envisagées sont nombreuses : modification de la concentration des phases  en présence et de leurs propriétés, apparition de précipités, dispersion des tailles et formes dans une collection de grains, etc. L’enjeu est d’aboutir à des modélisations et des simulations numériques prédictives, du fait de l’impossibilité quasi absolue de mesures expérimentales « en ligne ».
La mécanique rapide concerne l’analyse des matériaux et structures nucléaires en situation accidentelle. Il peut s’agir de dynamique globale (chargements thermomécaniques d’une grande rapidité) ou locale (rupture des matériaux, stabilité des empilements granulaires). La compréhension de ces phénomènes rapides nécessite de franchir une étape expérimentale, alors que les codes de calcul sont souvent déjà à même de traiter ce genre de problème.
Ces deux axes principaux ont donné lieu au développement de thématiques très variées, couvrant un large panel de motivations appliquées allant des gainages de combustible à la dispersion de polluants en milieu fluvial. Concrètement, les travaux du laboratoire MIST durant ses dix-huit premiers mois d’existence ont porté sur la transition des milieux continus aux milieux discrets, l’hydro-poromécanique, les milieux granulaires saturés, la thermomécanique fortement couplée, la fissuration des matériaux hétérogènes, les stratégies numériques multi-échelles et l’identification expérimentale par mesure de champ.

 

Des résultats scientifiques concretsParmi les résultats prometteurs déjà obtenus, trois exemples concrets peuvent être cités : 
  • sur le plan expérimental, des modèles locaux d’endommagement ont été identifiés dans les métaux avec une résolution spatiale de l’ordre de quelques dizaines de microns ; 
  • sur le plan de la modélisation, une méthode de détermination de volumes élémentaires représentatifs optimaux pour la rupture quasi fragile des composites à matrice métallique a été proposée ; 
  • sur le plan de la simulation numérique, un outil d’analyse de la stabilité d’une mésostructure a été développé.
Ces travaux récents ont simultanément donné lieu à des publications scientifiques de premier plan et à des développements concrets dans les outils d’analyse de sûreté nucléaire.


Yann Monerie (IRSN)
Robert Peyroux (CNRS)


Directeurs du MIST