Contexte

La filière des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) constitue l’essentiel des réacteurs électronucléaires du parc international et l’intégralité du parc Français. L’élément combustible de ces réacteurs est appelé « crayon » combustible et est constitué d’un empilement de pastilles cylindriques de combustible entouré d’une gaine métallique qui constitue la première barrière de confinement des matières radioactives. Lors de la première montée en puissance, des dilatations différentielles provoquent une fracturation des pastilles et une mise en diabolo des fragments ainsi générés. Ces phénomènes ont un impact sur la température du combustible et sur l’interaction mécanique entre la pastille et la gaine.

Le CEA, en collaboration avec EDF et Framatome, développe la plateforme logicielle PLEIADES qui permet de simuler, sur la base d’une approche multi-physique et multi-échelle, le comportement du combustible. Dans le code ALCYONE dédié au combustible REP, un schéma 1D en déformation plane généralisée permet de décrire le comportement thermomécanique sur toute la hauteur du crayon à l’aide d’une discrétisation en tranches axiales. Le comportement décrit au niveau de chaque tranche est donc un comportement moyen. Le schéma 3D représente un fragment de pastille permettant de calculer l’évolution des grandeurs étudiées en fonction de la hauteur et ainsi observer la différence entre les plans inter-pastilles et médian-pastilles (mise en diabolo mentionnée ci-avant).

Afin d’harmoniser les modélisations 1D et 3D, une déformation est calculée dans le schéma 1D par corrélation avec le schéma 3D. Du fait d’importantes évolutions du code, il a été décidé de revisiter cette corrélation. Un premier stage a permis en 2020 d’établir une formulation analytique préliminaire ainsi qu’une méthodologie de plan d’expérience permettant d’en assurer la calibration.

Objectifs

L’objectif de ce stage est de finaliser la formulation et la calibration de la corrélation par l’application d’un plan d’expérience, puis d’en assurer la validation sur la base des résultats d’irradiations expérimentales.

Etapes

Acquisition des prérequis nécessaires à l’étude : thermomécanique des pastilles combustibles REP, environnement logiciel, outils de calcul et de post-traitement, études analytiques, méthodologie du plan d’expérience (méthode LHS optimisée), données expérimentales.
Finalisation de la formulation analytique définissant de la corrélation (résolution d’équations de mécanique des milieux continus).
Calibration de la corrélation (mise en œuvre du plan d’expérience, calculs 3D et 1D).
Validation de la corrélation sur la base des résultats d’irradiations expérimentales.
Implémentation de la corrélation dans le code ALCYONE.
Collaborations

Collaboration au sein des unités de développement et d’exploitation des codes de simulation du comportement des combustibles nucléaires du CEA.

Formation : Ecole d'Ingénieur généraliste ou MASTER 2

Méthodes / logiciels / connaissances :

Plateforme logicielle PLEIADES, code ALCYONE (codes internes donc maîtrise préalable non requise, mais première expérience de l'utilisation de codes aux éléments finis souhaitable)
Environnement Linux (maîtrise souhaitable)
Langages bash, R, C++, Fortran (bases en langages de programmations nécessaires)
Méthodes de plan d'expériences (connaissances fortement souhaitables)
Mécanique des milieux continus et physique des matériaux (connaissances fortement souhaitables)