Soutenance de thèse de Léo MOUTIN

En modifiant le procédé standard de fabrication des céramiques UO2, il est possible d'obtenir des céramiques présentant une porosité à grande échelle située au joints entre les granulats constituant la poudre avant frittage. L’interconnexion de ces pores inter-granulats conduit à l’apparition d’un réseau poreux complexe impactant considérablement le comportement thermique de ces céramiques. Afin de prédire par homogénéisation leurs propriétés thermiques en considérant notamment les effets de la température, un modèle prenant en compte le rôle de la porosité présente aux différentes échelles a été développé. Ce modèle s’appuie sur des simulations numériques par champs complets (méthode FFT) réalisées sur des microstructures virtuelles. Ces dernières ont été obtenues avec un processus d’optimisation permettant de reproduire certaines caractéristiques morphologiques des céramiques, au préalable caractérisées par microscopie optique. Sur la base de ces images 2D, réelles et virtuelles, une première validation du modèle thermique est obtenue. En complément, une caractérisation 3D du réseau poreux a été réalisée à partir d'images acquises par micro-tomographie (synchrotron SOLEIL). Cette caractérisation a également permis de valider la représentativité des microstructures virtuelles. Finalement, le modèle développé a été utilisé pour simuler le comportement thermique des céramiques d’intérêt en incluant l’effet de l’épaisseur des pores inter-granulats (effet Knudsen, rayonnement). Les prévisions de ce modèle ont été comparées à des mesures expérimentales réalisées à 50°C dans différents environnements gazeux et à plus haute température (jusqu'à 500°C), puis extrapolées au-delà.

By modifying the standard manufacturing process of UO2 ceramics, it is possible to obtain ceramics with large scale porosity located at the interfaces between the granules that make up the powder prior to sintering. These intergranular porosity interconnections give rise to a complex porous network, which has a significant effect on the thermal behaviour of these ceramics. In order to predict their thermal properties by homogenisation, taking into account in particular the effects of temperature, a model has been developed that considers the role played by the porosity present at different scales. This model is based on full-field numerical simulations (FFT method) carried out on virtual microstructures. These virtual microstructures were obtained through an optimisation process to reproduce certain morphological characteristics of the ceramics, previously characterised by optical microscopy. An initial validation of the thermal model was performed on the basis of these 2D images, both real and virtual. In addition, a 3D characterisation of the porous network was carried out using images obtained by micro-tomography (SOLEIL synchrotron). This characterisation was also used to validate the representativeness of the virtual microstructures with respect to the real ones. Finally, the model developed was used to simulate the thermal behaviour of the ceramics in question, including the effect of inter-granules pore thickness (Knudsen effect, radiation). The predictions of this model were compared with experimental measurements carried out at 50°C in different gaseous environments and at higher temperatures (up to 500°C), and then extrapolated beyond.