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Etude numérique de la pathologie RSI par une approche cohésive-volumique à l’échelle mésoscopique

ABG-100007 Job Junior
2021-09-13 Fixed-term 18 Month > €35,000 and < €45,000 annual gross
Logo de
Institut de Radioprotection et Sûreté Nucléaire - IRSN
Fontenay aux Roses - Provence-Alpes-Côte d'Azur - France
Mathematics
  • Biochemistry
  • Engineering sciences
bétons, modélisation, nucléaire
Teaching and research

Employer

L’IRSN est l’expert public en matière de recherche et d’expertise sur les risques nucléaires et radiologiques.

L’IRSN est un établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC) dont les missions sont définies par la loi n°2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour une croissance verte et dont l’organisation et la gouvernance sont précisées dans le décret n°2016-283 du 10 mars 2016.

L’IRSN est placé sous la tutelle conjointe des ministres chargés de l’écologie, de la recherche, de l’énergie, de la santé et de la défense.

 

Position and assignments

Ce stage post-doctoral de 18 mois s’inscrit à la fois dans le cadre des recherches menées à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) concernant le vieillissement des bétons des enceintes de confinement des centrales nucléaires (prolongation de la durée d’exploitation des réacteurs nucléaires) au travers du Consortium CONCRETE et dans le cadre du projet européen ACES (Towards Improved Assessment of Safety Performance for LTO of nuclear Civil Engineering Structures) démarré en septembre 2020.

Les RGI, à cinétique lente, se distinguent en deux types de réactions chimiques : la Réaction Sulfatique Interne (RSI) et la Réaction Alcali-Granulats (RAG). Elles ont été détectées récemment sur des structures massives du nucléaire (enceinte de confinement, radier), comme sur la centrale de Gentilly-2 au Canada (RAG), Seabrook aux USA (RAG) ou encore Tihange-2 en Belgique (RAG&RSI). A l’échelle mésoscopique, l’échelle des granulats, sous certains conditions environnementales (thermo-hydriques), des produits gonflants peuvent se former à l’interface entre la pâte(ou ciment) et les granulats ainsi que dans les pores (ettringite différée pour la RSI, gel silico-alcalin pour la RAG) et peuvent être à l’origine d’une expansion de la structure puis de micro-macro fissurations pouvant entraîner le faïençage de la structure. Ces gonflements conduisent in fine à la perte des propriétés mécaniques et de confinement (résistance, perméabilité, étanchéité).

L’objectif est ici de prédire, par remontée d’échelles (à partir de l’échelle microscropique et de l’interface ciment/granulat vers l’échelle mésoscopique où la microstructure du béton est considérée comme un matériau biphasique constitué d’une matrice cimentaire entourée d’une collection de granulats), le comportement mécanique des bétons atteints de la RSI en prenant en compte les propriétés interfaciales entre la matrice cimentaire et les granulats. La plateforme numérique basée sur une approche cohésive-volumique est XPER et est développée à l’IRSN. Cette étude est dans la continuité de travaux antérieurs et en cours sur le développement d’un outil prédictif du comportement mécanique et de la fissuration du béton dégradé. Des travaux de remontée d’échelle ont été effectués sur un matériau modèle sain et sont actuellement étendus à des matériaux modèles atteints de RSI. Ces travaux nécessitent d’une part une compréhension fine « expérimentale » de la RSI à l’échelle de l’interface et d’autre part une prise en main de la modélisation chimio-mécanique de la fissuration. Le modèle chimio-mécanique développé permet de prendre en compte d’une part le transport réactif des espèces chimiques au sein de la matrice cimentaire poreuse et dans les fissures et, d’autre part, l’impact des phases créés (l’ettringite différée) sur le comportement mécanique, diffusif et en fissuration.

Dans le cadre de ce stage post-doctoral, les données expérimentales obtenues à l’échelle de l’interface (dans le cadre d’une thèse en cours à l’IRSN) seront utilisées pour identifier les paramètres cohésifs à partir d’une base d’apprentissage (ensemble de plusieurs calculs numériques avec différents jeux de paramètres cohésifs en lien avec la réponse expérimentale) et la définition d’un méta-modèle. Le modèle sera ensuite appliqué à la prédiction de la formation de l’ettringite différée et du faciès de rupture à l’échelle mésoscopique.

La simulation numérique sera le point central de ce travail. Une complémentarité modélisation expérimentale/identification des paramètres chimio-mécaniques/simulation numérique sera développée pour appréhender la problématique de la pathologie RSI à l’échelle de l’interface et du matériau. Ce travail se déclinera en plusieurs parties :

- Réalisation dune étude bibliographique sur la RSI. Les modèles RSI utilisés dans la littérature aux différentes échelles, les modèles de zones cohésives pour appréhender l’endommagement et la fissuration et les techniques de changement d’échelle (méthodes d’homogénéisation). Familiarisation  avec la démarche d’identification des paramètres chimio-mécaniques (élastiques, cohésifs, module de Biot).

- Identification des paramètres cohésifs sur matériaux modèles atteints de RSI à l’aide des résultats expérimentaux obtenus dans une thèse en cours à l’IRSN et d’une campagne de calculs numériques avec l’outil XPER.

- Identification des paramètres mécaniques (par exemple le module Biot) et chimiques du modèle chimio-mécanique prenant en compte la formation d’ettringite différée et la pression de cette ettringite sur le développement et la propagation des fissures dans un béton pathogène

- Simulation de la pathologie RSI à l’échelle mésoscopique : prédiction du faciès de fissuration liée à la RSI

 

- Confrontation avec les données expérimentales (issues du WP 3.1 ACES) en termes de faciès de fissuration et de gonflement liés à la RSI.

- Rédaction dune publication et d’un rapport en anglais synthétisant l’ensemble du travail de modélisation et des confrontations entre l’expérimental et les simulations numériques.

Geographic mobility:

National

Starting date

2022-01-03

Profile

Le candidat recherché doit présenter le profil suivant :

Diplôme de doctorat en Mécanique ou Génie Civil avec un goût prononcé pour la simulation numérique et un bon niveau parlé et écrit en anglais.

Des connaissances en homogénéisation, en transport réactif, sur des outils de programmation (python) et sur la réalisation d’essais mécaniques en laboratoire seront appréciées.

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