Modélisation de la transition ductile-fragile des aciers ferritiques. Application au vieillissement des cuves de réacteurs nucléaires (Ref Th RES 26-15)

Depuis le début des programmes nucléaires en Europe, des programmes de surveillance ont été mis en place afin de contrôler la fragilisation de l'acier constituant la cuve du réacteur au fur et à mesure de son exploitation, notamment l'évolution de la température de transition ductile-fragile. Une description complète de la transition ductile-fragile nécessite de modéliser la dispersion des ténacités mesurées ainsi que l'évolution de la ténacité médiane avec la température. Plusieurs Modèles de Zones Cohésives unifiés ont été proposés pour décrire la propagation de fissure dans ce domaine, mais dont les paramètres cohésifs étaient constants pour une simulation donnée : le clivage précédé d'une propagation stable ne peut donc pas être simulé. Ils ne sont également pas en mesure de représenter l'effet d'échelle observable entre éprouvettes de différentes tailles. Une solution pour pallier ces problèmes est donc d'introduire des défauts en utilisant un modèle de zones cohésives probabiliste.

L'objectif de la thèse est donc de modéliser la transition ductile-fragile à l'aide d'un modèle de zones cohésives probabiliste. Ce type de modèle permettra de capter les différents comportements observables dans la zone de transition ductile-fragile, de représenter l'évolution de la ténacité médiane et de la distribution de ténacité en fonction de la température, et d'obtenir l'effet d'échelle observable.

L'objectif est de mettre en place un modèle de zone cohésives probabiliste capable de modéliser le comportement d'aciers ferritiques dans le domaine de transition ductile-fragile en termes de ténacité, modes de rupture et effets d'échelles.
Pour ce faire, il est nécessaire d'implémenter dans le logiciel XPER, et plus particulièrement dans le logiciel LMGC90, la variabilité de paramètres cohésifs dans une zone considérée. La méthode doit être suffisamment générale pour pouvoir être adaptable à d'autres modèles/matériaux.
Dans le cadre de cette thèse, le côté probabiliste du modèle est associé à la présence de défauts dans le matériau. Une étude sera donc faite pour choisir la façon la plus pertinente de modéliser un défaut. Il faut déterminer quel est l'influence d'un défaut sur les paramètres cohésifs par rapport aux paramètres « sains ».
Pour finir, la distribution de défauts à appliquer sera étudiée. Il sera nécessaire de déterminer s'il faut introduire une variabilité de la distribution en fonction de la température ou si le changement de loi d'écoulement plastique est suffisant pour introduire la variation de distribution de ténacité et l'augmentation de la médiane observées.

Calendrier prévisionnel
Première année (1er sem)
- Etude bibliographique sur la problématique du comportement des aciers de cuves dans le domaine de transition ductile-fragile et sur les méthodes théoriques qui seront utilisées au cours de la thèse.
- Prise en main des modèles de zones cohésives et d'XPER.

Première année (2e sem)
- Etude sur la représentation d'un défaut pour un modèle de zones cohésive
- Implémentation dans LMGC90 et XPER de la variabilité de paramètres cohésifs
- Rapport d'avancement de 1ère année

Deuxième année (1e sem)
- Implémentation dans LMGC90 et XPER de la variabilité des paramètres cohésifs
- Mise en place des calculs d'essais mini-C(T) avec le modèle cohésif probabiliste développé

Deuxième année (2e sem)
- Etude paramétrique sur l'influence de la distribution de défauts sur la ténacité.
Confrontation des résultats numériques avec les résultats expérimentaux de FRACTESUS et de la littérature.
- Rapport d'avancement de 2e année.

Troisième année (1e sem)
- Confrontation des résultats numériques avec les résultats expérimentaux de FRACTESUS et de la littérature
- Réalisation de simulations numériques sur des éprouvettes C(T) pour étudier la représentativité du modèle sur l'effet d'échelle.

Troisième année (2e sem)
- Réalisation de simulations numériques sur des éprouvettes C(T) pour étudier la représentativité du modèle sur l'effet d'échelle.
- Rédaction d'un article dans une revue de rang A.
- Rédaction du manuscrit de thèse.

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.

La thèse se déroulera au sein du Laboratoire de Statistique et des Méthodes Avancées (LSMA) de l'ASNR, qui développe des méthodologies dites « avancées » permettant d'étudier et modéliser notamment le comportement thermomécanique des matériaux et leur vieillissement.

BAC+4 / BAC+5 – École d'ingénieur ou Master, avec spécialisation mécanique des structures ou matériaux.

Compétences requises :
Connaissances en mécanique des solides et en simulation numérique ;
Connaissances sur le comportement des aciers et la modélisation stochastique appréciées ;
Esprit d'analyse et de synthèse ;
Autonomie et adaptabilité ;
Compétences rédactionnelles et bon relationnel.