Comportement thermo-hydro-mécanique du béton en accident grave selon une approche poro-mécanique (Th EXP26-3)

L'ASNR assure le contrôle des activités nucléaires civiles en France et exerce des missions de recherche, d'expertise, de formation et d'information des publics dans les domaines de la sûreté nucléaire et de la radioprotection. En particulier, l'ASNR mène des programmes de recherche afin de développer des outils d'expertise permettant d'évaluer la capacité des enceintes de confinement des réacteurs nucléaires à assurer leur mission de confinement des matières radioactives dans différentes conditions d'ambiance dans l'enceinte, notamment résultant d'un accident grave dans le réacteur (pic de pression à 6 bars absolus, température pouvant atteindre les 250°C, conditions saturantes ou partiellement saturées).

Ces programmes de recherche investiguent notamment les modifications des propriétés du béton des enceintes soumis à de telles conditions d'ambiance, en regard de la fonction d'étanchéité vis-à-vis des matières radioactives, caractérisée par un taux de fuite. Ainsi, l'objectif principal de la thèse est de fournir une meilleure compréhension des mécanismes thermo-hydro-mécanique (THM) impliqués dans le comportement du béton soumis à des conditions d'accident grave en utilisant une approche numérique-expérimentale, qui doit aboutir au développement et la validation d'un modèle de comportement poro-mécanique du béton adapté.

Mission

Le doctorant devra s'inspirer des modèles disponibles dans la littérature, notamment ceux développés pour la tenue au feu du béton, pour mettre un place une loi de comportement poro-mécanique du béton adaptée aux sollicitations THM résultant de conditions d'accident grave dans l'enceinte. Les travaux d'adaptation des modèles existants viseront à ne retenir que les phénomènes pertinents et nécessaires. Le doctorant devra porter une attention particulière à justifier tout affaiblissement, à des fins de robustesse numérique, du niveau de couplage des phénomènes physiques en jeu. Ce travail se basera sur une analyse de sensibilité probabiliste aux différents phénomènes en jeu dans le béton à ces conditions accidentelles ; l'objectif étant d'hiérarchiser les phénomènes physiques considérés dans le modèle (via les paramètres associés) selon leur importance vis-à-vis de la réponse attendue dans le domaine de sollicitation visée. Plusieurs méthodes peuvent être appliquées : OAT, SOBOL', Hilbert-Schmidt Independence Criterion (HSIC), etc.

Le doctorant alimentera son modèle par des résultats d'essais à l'échelle de l'éprouvette. Il bénéficiera des résultats d'essais de sorption/désorption, de perméabilité et de porosité réalisés à l'I2M (Institut de mécanique et d'ingénierie - Université de Bordeaux) et validera sa démarche sur la base d'essais optimisés réalisés par mesures au tomographe neutronique rapide de l'Institut Laue Langevin à Grenoble. Les observables d'intérêt couvriront l'évolution du front de saturation, la perte de masse et l'évolution du réseau poreux (en condition résiduelle après les essais au tomographe), etc. pendant le chargement thermique et en fonction du chargement mécanique appliqué.

La loi de comportement poro-mécanique qui sera proposée devra être implémentable dans le code de calcul de mécanique des structures par éléments finis Cast3M (développé par le CEA), directement ou via le générateur de loi de comportement Mfront.

Le doctorant devra ensuite tester, à l'échelle d'une maquette représentative d'une zone courante d'une enceinte de confinement d'un réacteur de 1300 MWe, la capacité prédictive du modèle poro-mécanique développé. Cette analyse sera menée en confrontant les résultats de simulations aux taux de fuite en air-vapeur mesurés sur la maquette lorsqu'elle est soumise à un chargement de type « accident grave » (programme expérimental COBRA mené par l'ASNR). Le doctorant devra interpréter les écarts au vu des incertitudes inhérentes à l'hétérogénéité du béton et aux incertitudes associées aux conditions d'essais.

Le doctorant développera tout au long de sa thèse une stratégie de validation à différentes échelles (éprouvette, volume de structure représentatif, maquette de structure) du modèle poro-mécanique qui sera proposé.

L'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection est une autorité administrative indépendante créée par la loi du 21 mai 2024 relative à l'organisation de la gouvernance de la sûreté nucléaire et de la radioprotection pour répondre au défi de la relance de la filière nucléaire. Elle assure, au nom de l’État, le contrôle des activités nucléaires civiles en France et remplit des missions d'expertise, de recherche, de formation et d’information des publics.

Le doctorant sera salarié ASNR et réalisera sa thèse en majorité dans les locaux du partenaire 3SR ((Sols, solides, structures, risques - Grenoble, France). Le doctorant aura droit à du télétravail occasionnel après validation de son supérieur hiérarchique. Des missions en France et à l'étranger sont à prévoir pour valoriser le travail réalisé (séminaires, conférences et colloques).

Le doctorant sera également accueilli pour des séjours courts au Laboratoire de modélisation et d'analyse de la performance des structures (LMAPS) de l'ASNR à Fontenay-aux-Roses. Le LMAPS définit, pilote et, le cas échéant, réalise des études et des recherches dans les domaines du comportement des ouvrages et des structures en béton armé et précontraint, des charpentes métalliques et des équipements indissociables de ceux-ci ainsi que des matériaux de revêtement et de renforcement ;  des effets des dégradations et du vieillissement sur les bâtiments, les ouvrages de génie civil, les équipements intimement associés à ceux-ci et les matériaux mis en œuvre (bétons armés et précontraints, matériaux de renforcement et de revêtement) à l'égard du maintien des fonctions de sûreté ; et des techniques d'analyse du comportement des bâtiments, des ouvrages et des structures associées sous l'effet des agressions tettes que les séismes, les explosions, les chutes d'avion et de charges et les incendies.

Le candidat doit avoir un diplôme d'ingénieur ou M2R en génie civil, matériaux et mécaniques. Il doit être familier avec les calculs scientifiques et les méthodes numériques. Des connaissances de base du logiciel Cast3M une appétence pour le travail expérimental et un goût pour les probabilités et les statistiques seront appréciés.