Le dioxide d’uranium UO2 et l’oxyde mixte (U,Pu)O2 sont les combustibles nucléaires de référence dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). La connaissance du comportement mécanique de ces combustibles nucléaires polycristallins couplé aux effets d’irradiation est un enjeu important de sûreté nucléaire. Dans ce cadre, pouvoir évaluer les contraintes et déformations s’exerçant dans les grains du polycristal et à leurs interfaces  est un objectif important. Cela passe par la compréhension des phénomènes mis en jeu à l’échelle des hétérogénéités microstructurales du combustible.

Objectifs:

L’objectif principal de ce stage est d’étudier par des simulations à l’échelle atomique la mobilité des dislocations, qui sont le moteur du comportement mécanique, dans le combustible nucléaire UO2 et (U,Pu)O2. Ces calculs aux petites échelles alimenteront un modèle de plasticité permettant de simuler des expériences de compression par la méthode des éléments finis.

En s’appuyant sur une méthodologie développée au laboratoire, la première étape de ce projet sera de déterminer les lois de vitesses des dislocations coins dans (U,Pu)O2  en fonction de la température et de la contrainte appliquée. Les résultats seront comparés à ceux existants pour le combustible UO2.

Le second objectif sera dédié à l’évaluation d’un paramètre traduisant l’espacement critique entre dislocations vis au-delà duquel leur interaction conduit à l’annihilation de celles-ci, phénomène appelé restauration. Une fois le paramètre déterminé, il devra être testé dans un modèle de mécanique développé au laboratoire afin de comparer les résultats de simulation aux données expérimentales existantes dans la littérature.

Etapes du stage:

Le ou la stagiaire débutera le stage par une phase d’étude bibliographique pour s’imprégner d’une part du contexte autour du combustible nucléaire et d’autre part de la physique sous-jacente au sujet de stage : physique de l’état solide, plasticité cristalline, dynamique des dislocations. En parallèle de la bibliographique, une étape de prise en main des outils de calculs sera réalisée (environnement Linux, supercalculateurs du TGCC, code LAMMPS, logiciel de post-traitement OVITO). Enfin, le ou la stagiaire rentrera dans une phase de production et analyse des résultats de simulation.

Environnement de travail:

Le ou la stagiaire sera accueilli(e) au sein du Laboratoire de Modélisation du Comportement des Combustibles situé sur le site de Cadarache. Ce laboratoire très dynamique, spécialisé dans la modélisation des propriétés fondamentales et du comportement des combustibles nucléaires, est composé de 11 chercheurs permanents et autant d’étudiants en thèse. Le centre de Cadarache est situé en Provence, entre les parcs naturels du Verdon et du Lubéron, offrant un cadre de travail très appréciable. Le CEA met à disposition des salariés des lignes de bus gratuites à destination des principales villes alentours (Manosque, Aix-en-Provence, Pertuis…).

Master 2 ou 3eme année d'école d'ingénieur.

Une formation en physique de l’état solide, méthodes numériques et physique statistique est souhaitée.