Étude expérimentale et modélisation du comportement en fluage sous pression interne d’une gaine en alliage de zirconium oxydée en atmosphère vapeur

Résumé : Durant un scénario d’Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), les gainages combustible en alliage de zirconium fluent sous pression interne et s’oxydent en présence de vapeur à haute température (HT). La gaine devient un matériau stratifié : des couches de zircone et de phase alpha(O) fortement enrichie en oxygène, dite alpha(O), se forment à la surface externe de la gaine, qui est alors en phase béta. L’effet durcissant de l’oxydation sur le comportement en fluage des gaines sous pression interne a été mis en évidence dans des essais de laboratoire. Pour modéliser cet effet, le comportement mécanique de chacune des couches doit être déterminé. Cette étude a porté sur la caractérisation expérimentale du comportement en fluage de la phase alpha(O). Via un procédé original, des matériaux « modèles » contenant de 2 à 7% en masse d’oxygène et représentatifs de la phase alpha(O) ont été produits puis testés en fluage axial sous vide. Pour la première fois, deux régimes de fluage ont été observés, pour lesquels les mécanismes physiques et paramètres microstructuraux influents sont discutés. L’effet durcissant de l’oxygène sur le comportement en fluage de la phase alpha a été quantifié et des lois d’écoulement viscoplastique, intégrant cet effet, ont été identifiées. Une transition ductile/fragile, fonction de la température et de la teneur en oxygène, est proposée. Après avoir discuté leur pertinence, les lois de fluage pour chacune des couches, identifiées dans cette étude ou tirées de la littérature, ont été implémentées dans un modèle par éléments finis, décrivant la gaine comme un matériau stratifié. Ce modèle permet de reproduire une partie du durcissement observé expérimentalement.
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Soumis le : mercredi 11 mai 2016 - 15:45:33
Dernière modification le : mardi 1 octobre 2019 - 11:46:13
Document(s) archivé(s) le : mercredi 16 novembre 2016 - 01:00:16

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Citation

Raphaël Chosson. Étude expérimentale et modélisation du comportement en fluage sous pression interne d’une gaine en alliage de zirconium oxydée en atmosphère vapeur. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Mines ParisTech, 2014. Français. ⟨tel-01314559⟩

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