Caractérisation et compréhension de la microstructure de l’éponge de Zirconium en vue de l’étude de sa rupture ductile

CEMEF is a research lab. of MINES ParisTech I PSL University associated with CNRS, the French National Centre for Scientific Research (Unité Mixte de Recherche CNRS, UMR7635).

Overall, our missions are research and training in collaboration with industry.

Our research focuses specifically on materials and their transformation processes in the broadest sense. It extends additionally to other fields such as fluid mechanics, biomechanics or HPC for instance. On the other hand, our training programmes offer post-graduate courses related to our scientific fields of expertise. Furthermore, we are attentive to the scientific needs of industry and we set up research projects with industrial companies.

Les alliages de zirconium sont utilisés dans l’industrie nucléaire sous forme de composants de l’assemblage de combustible. En particulier, les tubes gaines qui contiennent les pastilles d’oxyde d’uranium jouent le rôle de première barrière physique aux produits de fission.

Le choix du Zr pour cet usage a été effectué en raison de sa forte transparence aux neutrons, sa forte résistance à la corrosion, sa bonne tenue à l’irradiation et ses bonnes propriétés mécaniques à température d’utilisation. Le Zr est obtenu par des opérations de métallurgie extractive de son oxyde ; la zircone (ZrO2). A l’issu de la dernière opération qui est un frittage sous vide, il est sous forme de « lingot métallique poreux » de 3 tonnes, qualifié de pile de Zr. Afin de pouvoir élaborer des alliages de Zr à hautes performances, il convient de réduire la pile de Zr en particules de quelques centimètres par concassage (fragmentation).

Ce travail s’inscrit dans une stratégie qui vise à analyser et optimiser le procédé de fragmentation de la pile d’éponge de zirconium (Zr) soit à travers une optimisation du matériau d’entrée soit à travers une optimisation du procédé de broyage.

Pour cela il est nécessaire de déterminer les sensibilités du comportement thermo-mécanique (auto-échauffement, plasticité et rupture) vis-à-vis du taux de porosité, de la vitesse de déformation et du mode de déformation d’une part et , d’autre part d’analyser les microstructures de la pile d’éponge (voire des entités amonts par exemple le pseudo alliage Zr-Mg obtenu dans le procédé Kroll) avant et après déformation. En effet les microstructures de la pile d’éponge ont été peu étudiées et il est intéressant de mener de telles caractérisation pour mieux comprendre les mécanismes de déformation et de rupture opérants lors du procédé de fragmentation.

Ce stage s’inscrit dans la continuité de trois collaborations qui ont eu lieu entre Framatome et le CEMEF visant à analyser le comportement thermomécanique d’échantillons de zirconium en fonction de leur densité ainsi que des caractéristiques de leurs porosités. Le stage proposé vise à travailler sur la caractérisation des microstructures des produits qui génèrent la pile d’éponge, sur celles de ladite pile ainsi que sur celle des grains éponge résultants de la fragmentation.

Le but étant de comprendre les mécanismes de formation de la structure de la pile ainsi que ceux à l’œuvre lors de sa fragmentation. Cette analyse permettra d’étudier l’hétérogénéité microstructurale observée sur la pile d’éponge

voir plus ici :

https://www.cemef.minesparis.psl.eu/wp-content/uploads/2025/11/Stage-Framatome-CEMEF-2025-2026.pdf

- Employeur : ARMINES-CEMEF (collaboration FRAMATOME)

- Rémunération : SMIC

- Durée : 5 à 6 mois.

- Démarrage : Février-Mars 2026.

- Localisation : CEMEF (Sophia-Antipolis) - Possibilité de prolongation en thèse

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Charbel Moussa : charbel.moussa@minesparis.psl.eu