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Thèse soutenue

Etude des mécanismes d'écrouissage sous irradiation de la ferrite par simulations de dynamique de dislocations

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Auteur / Autrice : Sylvain Queyreau
Direction : Benoît Devincre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

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Afin de contribuer à une meilleure compréhension et prévision du comportement sous irradiation des aciers des cuves des réacteurs nucléaires à eau sous pression, un programme européen (FP7-IP PERFECT) a été mis en oeuvre associant caractérisations expérimentales et modélisations multi-échelles. Dans ce cadre, la modélisation de la déformation plastique des lattes ferritiques, principal constituant de ces aciers, a été entreprise. A l’état non-irradié, la contrainte d’écoulement -dans les lattes dépend de plusieurs éléments microstructuraux : densité de dislocations, distribution des carbures et friction d’alliage. La technique de simulation par Dynamique des Dislocations (DD) apparaît comme le seul outil quantitatif permettant de prendre en compte explicitement la microstructure du matériau et d’évaluer l’effet de chaque composante. Après une étude bibliographique approfondie, nous avons établi la contrainte associée à la friction d’alliage dans les lattes ferritiques. La modélisation d’un essai de traction par DD montre que le durcissement de la forêt est le mécanisme dominant l’écoulement plastique. Des simulations de l’écrouissage latent permettent aussi d’évaluer quantitativement les interactions entre systèmes de glissement. De plus, les simulations incluant la présence de carbures intragranulaires montrent que ces derniers influencent surtout la densité de dislocations stockées en cours de déformation. Finalement, il a été vérifié qu’une loi de superposition quadratique reproduisait précisément l’influence des différents mécanismes de durcissement. L’effet du glissement dévié a également été étudié. Au vu des observations expérimentales, ce mécanisme est supposé facile dans la ferrite et fonction uniquement de l’état de contrainte locale. Les simulations de DD révèlent un rôle complexe de ce mécanisme. D’une part, la présence de nombreux évènements de déviation conduit à l’ancrage systématique des dislocations mobiles, ce qui constitue un facteur d’écrouissage. D’autre part, aux déformations plus fortes, la déviation de segments vis permet de relaxer certaines concentrations de contraintes dans les microstructures, ce qui représente un mécanisme d’adoucissement. A l’état irradié, par souci de simplification, les seuls éléments durcissants supplémentaires pris en compte ont été les cavités. Leur densité et leur distribution en taille sont issues de simulations de cinétique chimique. D’après des résultats de dynamique moléculaire, une loi de transition d’échelle permet de déterminer, les énergies d’activation pour le cisaillement des cavités. Au final, une méthodologie simple a été implantée dans la simulation de DD. Celle-ci permet de rendre compte de l’effet de la température et de la vitesse de déformation sur le cisaillement. Les dernières simulations montrent que la prise en compte d’une microstructure de cavités réaliste conduit à un durcissement relatif comparable à l’expérience. Les cavités sont alors probablement la source principale de durcissement induit lors de l’irradiation de ces aciers.