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Proposition de thèse 2020

Hydruration secondaire et fragilisation d’une gaine M5 après sollicitation de type APRP

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Thématiques : Sciences de l'ingénieur
Lieu de thèse : Laboratoire de physique et de thermomécanique des matériaux (LPTM) - Cadarache (13), Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC) - Montpellier (34)
Date de début : octobre 2020

Compétences recherchées


  • Master 2 en mécanique et/ou matériaux
  • Age limite : 26 ans sauf dérogation



Sujet de thèse


L’objectif de la thèse est l’étude de l’hydruration secondaire et de la fragilisation d’une gaine de crayon combustible en alliage M5 après sollicitation de type accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). Il s’agit d’une part d’étudier les mécanismes de l’hydruration secondaire qui conduisent à la fragilisation des gaines d’alliage de zirconium et d’autre part, de permettre à l’IRSN d’investiguer le comportement du M5 en situation d’APRP.

Le sujet de cette thèse s’inscrit dans la stratégie de recherche relative au combustible, au cœur et à la chaudière en situation accidentelle, stratégie présentée et formalisée dans la démarche référence PSN-RES/2018-00002 du 23/11/2018. Elle constitue l’un des éléments du programme expérimental ALOE, programme permettant d’approfondir les connaissances sur les phénomènes d’oxydation et d’hydruration de la gaine et d’en étudier leur influence sur le comportement mécanique post trempe (voir page 53, PSN-RES/2018-00002).

Pour ce sujet, l’IRSN souhaite collaborer avec l’INSA de Lyon dont une spécificité des savoirs faire porte sur sa capacité à caractériser en ligne, par mesures optiques de champ, les températures et les déformations à la surface de la gaine lors de transitoires thermomécaniques maitrisés. Les objectifs visés à travers cette collaboration sont de deux ordres, l’un expérimental et l’autre plus analytique.


Le déroulé prévu de la thèse est le suivant :

  • Réalisation d’essais exploratoires à l’IRSN dans le four OHTAVA pour déterminer l’extension axiale de la zone utile nécessaire et réalisation d’essais interrompus par une trempe pour caractériser les cinétiques des mécanismes de prise d’hydrogène et leur interaction avec l’oxygène
  • Adaptation du banc expérimental ELLIE de l’INSA de Lyon pour réaliser des transitoires thermomécaniques sous atmosphère vapeur dans un banc d’essai mécanique, permettant la pressurisation interne du crayon jusqu’à éclatement et la traction axiale en fin d’essai permettant de tester le mode fragile,
  • Caractérisation par neutronographie des bandes d’hydruration secondaire après oxydation à haute température,
  • Caractérisation de la fragilisation des gaines après retour à température ambiante et la mise en évidence de la compétition entre la fragilisation de la zone ballonnée et de la zone d’hydruration secondaire,
  • Interprétation des essais sur gaine pré-oxydée par des simulations multi-physiques, notamment au moyen du logiciel SHOWBIZ développé par l’IRSN.


On souhaite à l’issue de cette thèse disposer d’une compréhension élargie des mécanismes de fragilisation des gaines en M5 et des paramètres qui la décrivent au mieux. Ces paramètres doivent permettre d’arbitrer la compétition entre les effets du ballonnement et de l’hydruration secondaire.





Laboratoire IRSN impliqué

Transmettre CV et lettre de motivation à


Jean DESQUINES

Tél : 04 42 19 94 90

Adresse postale : IRSN/RES/SEREX - LE2M, Centre de Cadarache, Bâtiment 327, BP. 3, 13115 Saint-Paul-Lez-Durance