Modélisation des mécanismes de corrosion de l’acier inoxydable 316L sous radiolyse dans les réacteurs à eau pressurisée

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la compréhension des mécanismes de vieillissement des matériaux métalliques utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Plus précisément, elle vise à modéliser les mécanismes de corrosion affectant l’acier inoxydable 316L, employé comme matériau de structure dans ces installations. En fonctionnement, l’environnement chimique du circuit primaire des REP est modifié par l’irradiation continue de l’eau, qui induit une radiolyse générant des espèces hautement réactives interagissant avec les surfaces métalliques, altérant les couches passives et accélérant les processus de corrosion.

Le travail du doctorant retenu consistera en la simulation des phénomènes physiques mis en jeu à l’interface eau / acier lors de la radiolyse de l’eau avec une méthodologie en deux étapes. La première méthode consiste en des simulations Monte Carlo avec les codes GEANT4-DNA & GATE. Le code GEANT4 permet de simuler l’irradiation d’un système, modélisé à partir des plans de la cellule d’irradiation utilisée actuellement dans la thèse de B. Lathuillière (doctorant MATICE 2024-2027). GEANT4-DNA et GATE, spécifiques aux études de radiolyse, permettent de déterminer les espèces créées et leurs énergies par la radiolyse de l’eau (électrons aqueux, photons, H•, H₂O₂, …) dans des conditions prédéfinies d’irradiation (objectifs de la première année de thèse). L’épaisseur de la couche passive doit être déterminée de manière fine pour connaître notamment le parcours des espèces radiolytiques. Pour cela, le code LAMMPS et des potentiels empiriques de type REAXFF seront utilisés de manière similaire aux travaux de V. Jameborzogi (voir réf. ci-dessous) pour des calculs de dynamique moléculaire (DM) dans des conditions d’intérêt (température, pH, …) par rapport aux expériences menées (objectifs de la deuxième année de thèse). Ces résultats seront comparés aux résultats expérimentaux pour proposer un (ou plusieurs) mécanisme(s) de la corrosion des aciers par radiolyse (objectifs de la troisième année de thèse).

L’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I) est une unité mixte de recherche (UMR 5822) du CNRS/IN2P3 et de l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL).

L’IP2I héberge le Laboratoire des matériaux avancés (LMA), une « plate-forme nationale de recherche » de l’IN2P3. Le laboratoire est impliqué dans la plupart des domaines de la physique subatomique, à savoir la physique des particules du modèle standard et au-delà, les neutrinos, les astro-particules et la cosmologie, les ondes gravitationnelles, la structure nucléaire et le plasma quark-gluon. L’IP2I a aussi des activités interdisciplinaires sur des sujets à forts enjeux sociétaux liés à son expertise en irradiation autour de la santé, de l’énergie nucléaire et de l’environnement.  

Compétences attendues

Bases scientifiques souhaitées

• Physique des matériaux : défauts cristallins, diffusion, phénomènes d’irradiation
• Chimie du solide et des surfaces : oxydation, corrosion, passivation des aciers inoxydables
• Contexte nucléaire : fonctionnement d’un réacteur à eau pressurisée, conditions thermo-hydrauliques et radiatives

Compétences informatiques

• Python (analyse, scripts)
• Linux / HPC (clusters de calcul)
• Gestion de données de simulation (post-traitement, visualisation)

Compétences transversales

• Rédaction scientifique (anglais avec un bon niveau demandé)
• Autonomie + capacité à structurer un problème complexe
• Communication (interactions multiples dans le cadre du projet)
• Curiosité interdisciplinaire

Une première expérience dans l’utilisation de codes de transport de particules type Geant4 ainsi que dans la modélisation multi-échelles serait appréciée.