Thèse Modélisation de la Transition Ductile-Fragile des Aciers Ferritiques. Application au Vieillissement des Cuves de Réacteurs Nucléaires. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes Laboratoire de recherche : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil Direction de la thèse : Mathieu RENOUF ORCID 0000000243623510 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Depuis le début des programmes nucléaires en Europe, des programmes de surveillance ont été mis en place afin de contrôler la fragilisation de l'acier constituant les cuves des réacteurs au fur et à mesure de leur exploitation. L'une des principales propriétés surveillées est l'évolution de la température de transition ductile-fragile, évaluée à partir de mesures de ténacité directes ou indirectes. Le domaine de transition ductile-fragile est caractérisé par une forte variation de la ténacité médiane avec la température, mais également par une forte dispersion des ténacités mesurées pour une température donnée. Une description complète de la transition ductile-fragile nécessite de pouvoir reproduire cette variabilité, notamment en étant capable de simuler une propagation de fissure instable à basse température, stable à haute température, mais également un début de propagation stable suivie d'un clivage. Même si plusieurs Modèles de Zones Cohésives unifiés ont été proposés pour décrire la propagation de fissure dans ce domaine, ils présentent encore des inconvénients majeurs. Tout d'abord, les paramètres cohésifs étant constant pour une simulation donnée, le type de propagation de fissure est soit stable soit instable. Le clivage précédé d'une propagation stable ne peut donc pas être simulé. Ils ne sont également pas en mesure de représenter l'effet d'échelle observable entre éprouvettes de différentes tailles, qui est dû à une probabilité plus ou moins grande de trouver des défauts significatifs entraînant le clivage. Une solution pour pallier ces problèmes est donc d'introduire des défauts en utilisant un modèle de zones cohésives probabiliste. Ce type d'approche a été utilisé, cependant, même si le modèle proposé permet de bien représenter la ténacité moyenne en fonction de la température ce n'est pas le cas pour la distribution de ténacité.
L'objectif de la thèse est donc de modéliser la transition ductile-fragile à l'aide de modèles de zones cohésives probabilistes. Ce type de modèle permettra de capter les différents comportements observables dans la zone de transition ductile-fragile, de représenter l'évolution de la ténacité médiane et de la distribution de ténacité en fonction de la température, et d'obtenir l'effet d'échelle observable. L'objectif de la thèse est de mettre en place un modèle de zones cohésives probabiliste capable de modéliser le comportement d'aciers ferritiques dans le domaine de transition ductile-fragile en termes de ténacité, modes de rupture et effets d'échelles. Afin de mettre en place ce modèle, il est nécessaire d'implémenter dans le logiciel XPER, et plus particulièrement dans le logiciel LMGC90, la variabilité de paramètres cohésifs dans une zone considérée. La méthode doit être suffisamment générale pour pouvoir être adaptable à d'autres modèles/matériaux. Un tableau de paramètres en fonction du temps sera ainsi associé à chaque élément cohésif.
Dans le cadre de cette thèse, le côté probabiliste du modèle est associé à la présence de défauts dans le matériau. Une étude sera donc menée pour choisir quelle est la façon la plus pertinente de modéliser un défaut. En particulier, il faut déterminer quelle est l'influence d'un défaut sur les paramètres cohésifs par rapport aux paramètres « sains ». Par exemple, faut-il imposer une variation de l'énergie cohésive avec une homothétie sur la loi comme dans [4] (ce modèle n'est pas probabiliste en soi, mais est supposé représentatif de la distribution de ténacité observable dans la transition ductile-fragile), une variation de l'énergie cohésive en diminuant la contrainte cohésive maximale comme dans [5,6,7] (modèles stochastiques appliqués aux composites), des variations indépendantes de l'énergie et de la contrainte cohésive [8] (modèle stochastique appliqué à un alliage de titane-aluminium), ou bien un autre type de variation ?
Pour finir, la distribution de défauts à appliquer sera étudiée. Il sera nécessaire de déterminer s'il faut introduire une variabilité de la distribution en fonction de la température ou si le changement de loi d'écoulement plastique est suffisant pour introduire la variation de distribution de ténacité et l'augmentation de la médiane observées.
La démarche sera validée à partir de la base de données issue du projet européen FRACTESUS.