Thèse Rupture Ductile Sous Chargement Oligocyclique des Matériaux Irradiés Caractérisation Expérimentale Modélisation et Simulation Numérique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : CEA/SEMI - Service d'Etude des Matériaux Irradiés Direction de la thèse : Jérémy HURE ORCID 0000000300749903 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Les alliages métalliques utilisés dans les applications industrielles ont le plus souvent un mode de rupture ductile par germination, croissance et coalescence de cavités internes. Les cavités apparaissent du fait de la rupture d'inclusions, croissent sous l'effet du chargement mécanique jusqu'à se rejoindre, conduisant à la ruine de la structure. La résistance à l'amorçage et à la
propagation de fissure résulte de ce mécanisme. La prédiction de la ténacité passe donc par la modélisation de la plasticité des matériaux poreux. Le comportement de matériaux poreux a été très étudié tant d'un point de vue expérimental que théorique et numérique dans le cas de chargement
mécanique monotone en grandes déformations, conduisant à des lois de comportement permettant de simuler la rupture ductile de structure. Le cas des chargements mécaniques cycliques à faible nombre de cycles et / ou impliquant de faibles niveaux de déformations a comparativement été peu étudié, alors même que ce type de chargement est d'intérêt dans les applications industrielles, par exemple dans le cas de séisme. Dans cette thèse, l'effet de chargements oligocycliques sur les propriétés de rupture ductile sera investigué de manière systématique d'un point de vue expérimental, théorique et numérique. Des campagnes d'essais seront réalisées sur différents
matériaux utilisés dans les applications nucléaires et pour différentes conditions de sollicitations mécaniques afin de quantifier l'effet des chargements oligocycliques sur la déformation à rupture et la ténacité. En parallèle, des simulations numériques seront effectuées afin d'obtenir une base de
données étendue concernant le comportement plastique de matériaux poreux sous chargement cyclique en s'intéressant en particulier aux effets de l'élasticité, de la porosité, du chargement mécanique et de distribution spatiale de cavités. Ces simulations numériques seront utilisées pour valider des modèles analytiques développés au cours de la thèse visant à prédire l'évolution de la porosité et la contrainte d'écoulement. Enfin, les modèles seront implémentés sous la forme de lois de comportement et utilisés pour simuler les essais expérimentaux. Les applications industrielles requièrent des matériaux de structure présentant un comportement ductile, i.e., dont la rupture est précédée d'une déformation observable à l'échelle de l'ingénieur. Les alliages métalliques ductiles sont utilisés en particulier pour les composants soumis à l'irradiation dans les réacteurs nucléaires, que ce soit les aciers faiblement alliés constitutifs des
cuves des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP) [1], les aciers inoxydables austénitiques des structures internes et de la tuyauterie des REP [2] ou bien encore les alliages d'Aluminium constitutifs des cuves de réacteurs nucléaires de recherche [3]. L'irradiation affecte la microstructure des matériaux, ce qui
conduit à la modification des propriétés mécaniques : durcissement, diminution de la capacité d'écrouissage, diminution de la ductilité [4]. La caractérisation expérimentale, la modélisation et la simulation numérique de la rupture ductile sont très avancées sous chargements monotones [5], permettant de prédire l'amorçage et la propagation de fissure. Cependant, le chargement mécanique
vu par les composants de structures des réacteurs nucléaires n'est pas à strictement parler monotone, du fait du suivi de réseau [6] en conditions nominales ou de chargement de type séisme [7], appelant à la réalisation de campagnes expérimentales dédiées et au développement de modèles
robustes quant à l'effet de chargements oligocycliques sur la rupture ductile. Obtenir une base de données expérimentales de référence pour caractériser les propriétés de rupture ductile sous chargement cyclique à faible nombre de cycles, pour différents matériaux de structures d'application nucléaire et pour une plage étendue de sollicitations mécaniques ;

Obtenir une base de données numériques de référence pour caractériser le comportement de matériaux poreux sous chargement cyclique à faible nombre de cycle, en s'intéressant aux effets de l'élasticité, de la porosité, du chargement mécanique et de distribution spatiale de cavités ;

Développer et implémenter un modèle micromécanique permettant de simuler
quantitativement la rupture ductile sous chargement cyclique à faible nombre de cycles ; Simulations numériques
Essais mécaniques
Homogénéisation analytique