Soutenance de thèse de SALMON LUCAS

Résumé de la thèse

Ces travaux portent sur la modélisation du comportement du combustible nucléaire, dont l'état thermomécanique impacte directement la sûreté des réacteurs. Pour améliorer l'estimation de cet état thermomécanique, il apparaît nécessaire de prendre en compte la fissuration du combustible ainsi que sa possible guérison. Le processus de guérison est associé à un phénomène de « soudage par diffusion » des fissures, se produisant sous certaines conditions thermiques et mécaniques. Il est interprétable à l'échelle macroscopique comme un processus physico-chimique local thermiquement activé et nécessitant un contact entre les deux lèvres de la fissure. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de développer un nouveau modèle constitutif du combustible, capable de décrire, sous sollicitations thermomécaniques cycliques, à la fois les mécanismes de fissuration et leur guérison partielle.
L'approche retenue s'appuie sur deux variables internes couplées, permettant de représenter la fissuration comme un phénomène réversible et la guérison comme une réserve s'épuisant de manière irréversible, ce qui rend possible la description de plusieurs cycles de fissuration-guérison. La construction du modèle repose sur la thermodynamique des processus irréversibles, via la définition d'une énergie libre d'Helmholtz comprenant une décomposition classique de l'énergie élastique et un terme supplémentaire associé à l'énergie de guérison. Associée à des lois d'évolution rigoureusement définies, cette formulation garantit le respect du second principe de la thermodynamique. Le modèle proposé prend également en compte l'impact de la fissuration sur la diffusion thermique. Deux déclinaisons sont proposées : un modèle local basé sur la méthode des zones cohésives et un modèle non local fondé sur la méthode du champ de phase.
L'implémentation numérique des deux méthodes dans des logiciels éléments finis distincts est présentée. Plusieurs applications illustrent ensuite leur comportement lors des phases de propagation des fissures et des cycles répétés de fissuration-guérison. Cela permet de mettre en évidence leurs spécificités respectives et d'apporter des éléments nouveaux pour la modélisation multiphysique du combustible nucléaire.