Thèse Imagerie Acoustique des Interfaces Métal - Céramique sur Éléments Combustibles Irradiés de la Mise en Oeuvre à l'Interprétation H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes Laboratoire de recherche : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes Direction de la thèse : Gilles DESPAUX ORCID 0000000342214958 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 Dans le contexte de l'amélioration de la performance et de la sureté des réacteurs nucléaires civils, de nombreux programmes de recherche sont conduits par le CEA en soutien aux industriels EDF et FRAMATOME, en particulier sur le comportement des éléments combustibles sous irradiation. Les éléments combustibles sont constitués d'une gaine métallique et de pastilles en céramique. Dans des situations de variations de puissance, la présence ou l'absence de jeu entre la gaine et les pastilles, et la qualité de l'accrochage entre eux en cas de contact, sont déterminants pour la tenue mécanique de l'élément.
Pour compléter les méthodes actuelles de caractérisations expérimentales, la faisabilité de la caractérisation de l'interface pastille-gaine par une technique non destructive d'imagerie acoustique a été étudiée et validée sur un banc d'essai à l'Institut d'Électronique et des systèmes de l'Université de Montpellier IES UMR CNRS 5214.
Dans la continuité de cette première étude, l'objectif de la thèse est d'instrumenter un banc de mesure déjà opérationnel au CEA, dans une cellule blindée dédiée aux examens sur combustibles irradiés, pour y implanter une chaine d'imagerie acoustique.
Le travail de thèse inclut l'établissement et la mise en oeuvre d'un protocole de qualification de la chaine de mesure avec acquisitions de mesures sur éléments combustibles irradiés. Une stratégie de traitement des signaux acoustiques prenant en compte la correction des effets en surface externe de gaine sera mise en place. Les caractéristiques que l'on souhaite obtenir sont la localisation axiale et azimutale des continuités ou discontinuités du contact à l'interface pastille-gaine avec des résolutions de quelques dizaines de micromètres, et la fraction surfacique des zones d'adhérence entre la gaine et le combustible, à l'échelle de quelques pastilles.
Le doctorant sera basé au sein de l'institut IRESNE (Institut de recherche sur les systèmes nucléaires pour la production d'énergie bas carbone) au CEA Cadarache, et les travaux seront réalisés dans une installation disposant d'outils de caractérisation non destructive et destructive permettant d'observer le combustible irradié à toutes les échelles.
En s'appuyant sur les moyens et l'expertise des équipes des deux entités CEA et IES, le doctorant pourra acquérir de solides compétences dans les domaines de la modélisation, de l'instrumentation et de la mesure. Il sera amené également à interagir avec les équipes de R&D d'EDF, partenaire industriel de ce projet. Les résultats seront valorisés dans des publications et communications internationales.
L'amélioration des performances des réacteurs nucléaires civils repose sur une meilleure compréhension du comportement du combustible sous irradiation. Les éléments combustibles, constitués de pastilles céramiques gainées de métal, sont soumis à de fortes sollicitations thermomécaniques en fonctionnement. La caractérisation de cette interface demeure aujourd'hui limitée par les techniques expérimentales existantes, souvent destructives. Les méthodes de contrôle non destructif, et en particulier l'imagerie acoustique, offrent des perspectives prometteuses pour accéder à cette information. Des études préliminaires ont montré la faisabilité de cette approche sur des échantillons non irradiés. Le défi scientifique consiste désormais à adapter et qualifier cette technique pour l'examen de combustibles irradiés. L'objectif de la thèse est d'instrumenter un banc de mesure au CEA, dans une cellule blindée dédiée aux examens sur combustibles irradiés, pour y implanter une chaine d'imagerie acoustique afin d'étudier l'interface pastille-gaine par une technique non destructive. Le projet consiste à instrumenter un banc de mesure existant par une chaîne d'imagerie acoustique ultrasonore adaptée aux combustibles nucléaires irradiés en cellule blindée. Un protocole de qualification métrologique sera établi et des acquisitions seront réalisées sur éléments irradiés. Les signaux acoustiques seront traités afin de localiser et quantifier les zones de contact ou de discontinuité à l'interface pastille gaine.