Soutenance de thèse de VERGANI Matteo

Résumé de la thèse

MARGARET est à la fois un code C++ de relâchement de gaz de fission (RGF) et un composant d'un code de comportement du combustible des réacteurs à eau légère, nommé ALCYONE. L'objectif de la thèse était d'améliorer MARGARET en tenant compte des dernières découvertes expérimentales et simulations à l'échelle atomique.
De nouvelles simulations de dynamique moléculaire classique (DM) pour étudier le phénomène de remise en solution dynamique des gaz de fission des bulles intra-granulaires dans la matrice du combustible sont disponibles. Nous avons développé un nouveau modèle de remise en solution qui peut être facilement adopté par les codes de comportement du combustible. Ce modèle est basé sur des simulations de MD publiées et sur les profils de remise en solution fournis par M.W.D. Cooper (Los Alamos NL), avec lequel nous avons publié un article inclus dans le manuscrit.
Les chercheurs du CEA ont obtenu des images expérimentales 3D de combustibles irradiés en base dont le RGF est non négligeable. Ces images semblent indiquer que les bulles inter-granulaires, dans ces conditions, ne forment pas un réseau interconnecté, contrairement à ce que l'on pensait précédemment. Nous avons donc inclus dans le modèle les phénomènes de remise and solution dynamique et thermique des bulles inter-granulaires vers les joints de grains, qui, en contrebalançant le piégeage peuvent a priori permettre le relâchement par diffusion à grande distance le long des joints de grains.
Une nouvelle restructuration du combustible, en centre pastille à haut taux de combustion, différente de la structure HBS, qui survient en périphérie, a été récemment découverte: elle est caractérisée par la formation de différents domaines à l'intérieur des grains initiaux, dont les orientations cristallines diffèrent légèrement. Ces domaines sont appelés "sous-domaines" et leur apparition coïncide avec la formation d'une deuxième population de bulles intra-granulaires plus grosses (appelées “bulles de précipitation”) et à un RGF accru. Nous avons donc développé une modélisation de l'apparition et du comportement de ces sous-domaines, des joints de sous-domaines et des bulles de précipitation, en interaction avec les autres populations déjà présentes dans le code.
À haute température, les lacunes thermiques jouent un rôle clé dans le processus de gonflement du combustible. Avant le début de la thèse, MARGARET, pour les lacunes thermiques, manquait de cohérence entre les conditions d'irradiation de base et les conditions en rampe à haute température, ainsi qu'entre ce qui se passait aux joints de grains et à l'intérieur des grains pour les lacunes thermiques. Nous avons donc développé un nouveau modèle, appelé “Modèle de Speight généralisé”, pour traiter cette question.
Enfin, nous avons proposé une description du comportement à haute température des sous-domaines dans les conditions de rampe de puissance.
Ces nouveaux modèles ont été implémentés dans le code, vérifiés (vérification des bilans) et testés sur une série de vrais crayons irradiés dans des REP français, ainsi que sur quelques crayons rampés.
Le modèle dépend d'une série de paramètres physiques parmi lesquels plusieurs sont mal connus. À ce stade, un processus de calibration est donc nécessaire. Après un processus d'essais-erreurs, nous avons proposé un ensemble de paramètres qui donne de bons résultats pour l'irradiation de base. Cependant, nos résultats expliquent toujours le RGF par la connexion des bulles inter-granulaires. Un rôle particulier des joints triples (non modélisés pour le moment) pourrait être impliqué dans le RGF de l'irradiation de base et devrait être étudié plus en profondeur.
En conditions de rampe, nos premiers tests doivent être considérés comme exploratoires.