Comportement viscoplastique du dioxyde d'uranium à haute température

par Fabien Sauter

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Christian Cunat.

Soutenue en 2001

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Dioxyde d'uranium
• Dislocations dans les métaux
• Thermodynamique hors équilibre
• Viscoplasticité

Résumé

Ce travail s'inscrit dans un projet d'EDF R&D visant à développer des modèles prédictifs pour décrire le comportement thermomécanique de l'assemblage combustible. Après avoir rappelé les caractéristiques du fonctionnement des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée, nous proposons une étude de la viscoplasticité des pastilles de dioxyde d'uranium. Ces résultats permettent une meilleure estimation de la relaxation des contraintes en situation d'Interaction Pastille/Gaine. Les pastilles utilisées dans la dernière partie s'apparentent à des pastilles industrielles ; elles présentent un pic de contrainte en compression à vitesse de déformation imposée et une courbe de fluage dite sigmoi͏̈dale. Pour décrire ces comportements, nous avons appliqué à la viscoplasticité du dioxyde d'uranium une approche thermodynamique - l'approche D. N. L. R. (Distribution of Non Linear Relaxation) et une approche de " métallurgistes " - le modèle d'Alexander et Haasen dans le formalisme polycristallin de Pilvin. Nous avons rappelé le rôle joué par les variables internes en thermodynamique des systèmes hors équilibre et, en fonction du mécanisme de déformation prépondérant, nous avons attribué un sens physique aux variables internes de l'approche D. N. L. R. . Dans la gamme de températures et de contraintes étudiée, elles sont identifiées à des fonctions des densités de dislocations exprimées dans une base modale. Un travail similaire, présenté en annexe, a été effectué pour le glissement aux joints de grains. Les modèles développés permettent de simuler le comportement en écrouissage, en relaxation et en fluage des pastilles de dioxyde d'uranium. L'interprétation des essais correspondants a révélé d'importantes voies de progrès pour les essais à venir. Nous sommes, de plus, en mesure de proposer une interprétation du pic de compression. La prise en compte d'un mécanisme d'endommagement et l'extension de ces modèles au comportement sous irradiation ont été examinées.

Titre traduit

Viscoplastic behavior of uranium dioxide at high temperature

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