Les réacteurs de recherche (RR) sont utilisés comme source de neutrons pour la recherche nucléaire, la caractérisation du vieillissement des matériaux des réacteurs nucléaires actuels ou futurs, et la production de radio-isotopes utilisés pour le diagnostic et le traitement de maladies. La plupart de ces réacteurs sont en service depuis plus de 40 ans et, actuellement, le nombre de nouveaux RR en construction ne permettra pas de remplacer la totalité de la production de neutrons. C’est pour cette raison que l’allongement de la durée de fonctionnement des RR en toute sureté est un enjeu majeur.

Les cuves des RR sont fabriquées à partir d’alliages d’aluminium (5xxx ou 6xxx) et ne pourraient être que très difficilement remplacées pendant toute la durée de fonctionnement du réacteur. Pendant leur utilisation, ces matériaux sont exposés au bombardement neutronique qui modifient leur microstructure et leur comportement mécanique, notamment du fait de la transmutation de l’aluminium en silicium par les neutrons thermiques et des dommages induits par déplacement causés par les neutrons rapides.

Des essais de ténacité sur des géométries standardisées, de type Compact Tension (CT), sont réalisés afin de quantifier l’évolution du comportement mécanique de ces alliages en fonction du niveau de bombardement neutronique. Néanmoins, aux très fortes valeurs de fluences, c.-à-d. à fort taux d’irradiation, peu de données de ténacité sont disponibles dans la littérature, limitant la compréhension des phénomènes de vieillissement de ces matériaux et la prédiction d’évolution de leur ténacité. C’est dans ce contexte que le projet européen MAGIC-RR – Materials Ageing and Structural Integrity of Research Reactor – a été lancé en 2024.

La matière irradiée disponible pour réaliser les essais de ténacité étant limitée, un enjeu important du projet est l’utilisation d’éprouvettes miniaturisées. Une des possibilités envisagées est la réduction homothétique de la géométrie CT (mini-CT), en diminuant l’épaisseur. Des études récentes conduite notamment au CEA ont par exemple mis en avant l’utilisation de   la géométrie CT4 (épaisseur 4 mm) pour déterminer la ténacité des aciers ferritiques dans le bas de la zone de transition ductile-fragile. La miniaturisation des éprouvettes de ténacité présente plusieurs avantages, comme par exemple les possibilités de (i) usiner des éprouvettes miniaturisées directement dans des demi-éprouvettes CT déjà testées (et donc de revaloriser de la matière potentiellement précieuse) ; (ii) élargir les bases de données expérimentales en multipliant ainsi les points de données ; (iii) caractériser plus finement des zones métallurgiques particulières.

L’utilisation de ces éprouvettes requiert de s’assurer de la transférabilité des données de ténacité aux géométries standard. Il s’agit de valider que les grandeurs mesurées puissent être directement utilisées ou d’établir les corrections nécessaires à leur utilisation.

Nous recherchons un.e étudiant.e en 4ème ou 5ème année après le bac ayant suivi une formation orientée vers la simulation numérique par éléments finis, la programmation et l’algorithmique. Des appétences pour les applications pratiques requérant un sens physique pertinent seraient appréciées. Des connaissances en langage de programmation Python sont conseillées. Une maîtrise de la mécanique de la rupture serait un plus. Le.la stagiaire devra être force de proposition et curieux.se de nature.

A l’issu du stage, le.la candidat.e aura développé, des compétences en modélisation du comportement non linéaire des alliages d’aluminium et de leurs mécanismes de rupture, en simulations par éléments finis, et en mécanique non linéaire de la rupture. Par ailleurs, le.la stagiaire aura acquis une vision globale sur le fonctionnement de la R&D dans un centre d’excellence internationale.

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l’intégration des personnes handicapées, cette offre de stage est ouverte à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d’organisation pour l’inclusion des travailleurs handicapés.