Le dioxyde d’uranium irradié (UO2),
combustible nucléaire des réacteurs à eau pressurisée, contient deux
populations de cavités saturées par des gaz de fission : i. des cavités
intergranulaires plutôt lenticulaires, dont la taille varie de quelques
dizaines à plusieurs centaines de nanomètres, ii. des cavités
intragranulaires plutôt sphériques, dont la taille est de l’ordre du
nanomètre. Des travaux récents ont montré qu’il existe un effet de
surface à l’échelle des cavités nanométriques qui modifie le
comportement élastique effectif du combustible.
Ce
travail vise à proposer un modèle micromécanique analytique capable de
tenir compte de cette microstructure hétérogène ainsi que de l’effet de
surface afin de décrire le comportement élastique macroscopique de l’UO2
irradié. La démarche mise en œuvre est fondée sur une modélisation
multi-échelles et s’appuie sur des techniques d’homogénéisation en
mécanique des matériaux. L’UO2 irradié est décrit comme un
matériau poreux contenant des nanocavités sphériques (cavités
intragranulaires) et sphéroïdales (cavités intergranulaires), sous
pression et orientées aléatoirement. L’effet de surface présent à
l’échelle nanométrique est pris en compte via un modèle d’interface
imparfaite cohérente entre la matrice et les cavités. Un modèle original
fondé sur l’approche par motifs morphologiques représentatifs a été
développé afin de décrire le comportement élastique effectif de ce
milieu hétérogène. Le modèle analytique proposé repose sur des
hypothèses simplificatrices dont la pertinence est évaluée à partir de
simulations numériques par éléments finis qui s’appuient sur une
formulation spécifique afin de tenir compte de la présence d’interfaces
imparfaites cohérentes.