Contexte :

L’élément combustible utilisé dans les Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) est constitué de pastilles cylindriques empilées dans une gaine métallique fermée (le tout appelé crayon combustible). La gaine constitue la première barrière de confinement des matières radioactives. Lors du séjour en réacteur, de nombreux phénomènes physiques (fissuration, écoulement viscoplastique, endommagement, gonflement, …) modifient la microstructure et la composition du combustible, de nouvelles espèces chimiques appelés produits de fission, solides ou gazeuses étant créées au sein du matériau.

Durant un accident d’APRP, la puissance est quasi-nulle alors que la gaine s’échauffe rapidement, l’équilibre thermomécanique pastille-gaine est alors fortement modifié. La question qui se pose est de savoir, si ce chargement thermomécanique sévère va conduire à une forte déformation viscoplastique de la gaine (ballonnement) voire sa rupture (perte d’étanchéité) avec potentielle éjection du combustible hors du crayon dans le cas où les pastilles de combustible se sont fragmentées finement au début de l’accident. Encore aujourd’hui, la description de la fragmentation du combustible est une tâche complexe et relève de nombreux programmes de recherche.

Le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), en collaboration avec ses partenaires industriels EDF et Framatome, développe la plateforme logicielle PLEIADES qui permet de simuler le comportement du combustible des différents réacteurs en situation normale de fonctionnement et en situations incidentelle et accidentelle. Au sein de cette plateforme, l’Outil de Calcul Scientifique ALCYONE est spécifiquement dédié à la simulation du comportement thermomécanique du combustible des Réacteurs à Eau sous Pression (REP), réacteurs constituant l’essentiel des réacteurs électronucléaires du parc international et de l’intégralité du parc français.
Parallèlement, de nombreux programmes de recherches internationaux (irradiations, programmes de recuits et essais intégraux) ont été initiés pour mieux appréhender le comportement du combustible des REP français en situation accidentelle

Objectifs :
L’objectif de ce stage est de modéliser des expérimentations (appelées traitements thermiques) réalisés au CEA sur des combustibles irradiés et de comparer les résultats de simulation obtenus aux mesures expérimentales.
Il s’agira notamment de vérifier quel peut être l’impact des gaz créés au sein de la matrice sur la fragmentation fine du combustible, ou encore quel peut être le rôle d’une entaille de la gaine sur le comportement thermomécanique de la pastille dans le but de valider les derniers modèles implémentés dans ALCYONE.