Mécanismes et mécanique de fissuration lente dans les matériaux de base et de joints soudés vieillis en PEHD

Contexte et enjeux
L’industrie nucléaire internationale, notamment l’EPRI (États-Unis) et EDF Energy (Royaume-Uni), s’investit activement dans la qualification du PEHD (Polyéthylène Haute Densité) pour les circuits d’eau liés à la sûreté des réacteurs. Ce matériau est privilégié pour ses propriétés mécaniques, sa résistance à la corrosion, sa durabilité, et sa bonne tenue sismique.

Fort d’un bon retour d’expérience dans les réseaux d’eau potable et de gaz, le PEHD est étudié par EDF R&D depuis 2010 pour remplacer les tuyauteries métalliques sensibles à la corrosion, notamment dans les circuits de refroidissement intermédiaire (RRI) des réacteurs à eau sous pression (REP). Le PEHD est mis en œuvre sous forme de tuyauteries enterrées, plus résistantes à l’eau de mer traitée chimiquement.

EDF cherche à prédire la durée de vie de ces tuyauteries sur l’ensemble de leur cycle de vie, afin de garantir leur fiabilité à long terme.

Des zones singulières peuvent exister dans les canalisations considérées : il s’agit de toute zone hors partie droite courante comprenant les liaisons soudées, les coudes et les brides. Dans cette étude, on se focalisera sur les zones soudées constituées du matériau de base (MB) du matériau de soudure ou joint soudé (JS) et des interfaces ou interphases également appelées comme la zone affectée thermiquement (ZAT). Tous ces matériaux peuvent présenter des hétérogénéités ou gradient de propriétés.

Objectifs scientifiques
- Obtenir une bonne description de la microstructure et des caractéristiques physico-chimiques d’une zone soudée en comparaison avec celles du matériau de base.
- Etudier les évolutions relatives de ces caractéristiques au cours de plusieurs états de vieillissements accélérés.
- Etendre la notion de coefficient de soudabilité (rapport entre les contraintes maximales d’une éprouvette en MB et d’une éprouvette avec JS) à une sollicitation en fluage (pression interne constante dans un tube). Analyser l’effet du vieillissement sur ce coefficient. Analyse critique du coefficient de soudabilité.
- Etudier la fragilité relative des zones soudées par rapport au matériau de base sous chargement croissant et sous fluage.
- Comprendre les mécanismes de fissuration fragile lente sur les zones soudées en comparaison de ceux du matériau de base sur des éprouvettes de laboratoire dédiées.
- Simuler par la méthode des éléments finis la réponse mécanique en chargement croissant et en fluage des résultats expérimentaux sur éprouvettes de laboratoire en utilisant des modèles de comportement plus ou moins sophistiqués : milieu poreux avec visco-élasticité/visco-plasticité.
- Proposer une méthodologie de prédiction de la durée vie des éprouvettes de laboratoire par les approches globale et locale de la mécanique de la rupture.
- Etudier la transférabilité des résultats sur éprouvettes de laboratoire aux structures industrielles (canalisation, coude, zone soudée).

Cette thèse sera réalisée en collaboration tripartite entre le département Matériaux et Mécanique des Composants d’EDF R&D Les Renardières, le Centre des Matériaux de Mines Paris PSL et le laboratoire Comportement des Structure en Mer de l’Ifremer de Brest.

Profil souhaité :

Ingénieur et/ou Master recherche

Bon niveau de culture générale et scientifique.

Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum).

Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d’innovation et de communication.

Qualités d’adaptabilité et de créativité.

Capacités pédagogiques.

Motivation pour l'activité de recherche.

Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :

Mécanique,

Polymères,

Physico-chimie du vieillissement,

Modélisation par éléments finis sont un plus.