Stage Etude de la Fissuration Différée par Hydruration d'Un Alliage de Zirconium H/F - CEA

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiositéSous l'effet d'un gradient de contrainte, l'hydrogène en solution solide présent dans le métal diffuse vers une potentielle fissure préexistante ; quand la teneur en hydrogène locale dépasse la limite de solubilité en précipitation du matériau, il précipite sous forme d'hydrures. La zone hydrurée croît au cours du temps, et une rupture fragile locale peut se produire si est atteint pour une taille critique de la zone hydrurée. La fissure se propage alors à une vitesse constante, puis de manière instable et ductile lorsque la valeur du facteur d'intensité des contraintes atteint la ténacité du métal (K_IC).

L'étude nécessite également de comprendre l'influence de plusieurs paramètres et de les discriminer. Pour comprendre les mécanismes moteurs de la DHC, il est nécessaire d'investiguer les caractéristiques d'autres phénomènes tels que la diffusion de l'hydrogène dans les alliages de zirconium, sa précipitation et sa cinétique, la réorientation des hydrures et l'influence de l'historique thermique et des contraintes sur ces phénomènes. L'aspect cinétique représente un enjeu théorique : les essais de ténacité standards ne conviennent pas à l'évaluation de K_IDHC.

Pour cela, une première thèse a été réalisée entre 2020 et 2023 au LCMI. Elle a permis de développer une procédure expérimentale de propagation de fissure en DHC dans l'épaisseur de gaines de combustible nucléaire en Zircaloy-4, ainsi qu'un modèle éléments finis reproduisant le phénomène de DHC lors de ces essais.

Objectifs

Cette offre de stage d'inscrit dans la poursuite de la compréhension du phénomène de DHC. Il s'agit ici d'évaluer la ténacité en DHC d'un autre alliage de zirconium (Zircaloy-2) dont la mise en forme et donc le chargement mécanique, en condition réelle, sont différents. D'autres géométries d'éprouvettes doivent être testées et simulées afin d'évaluer le risque lié à ce phénomène. Un premier stage réalisé en 2025 sur le sujet a permis de mettre en place plusieurs moyens d'essais et de fournir des résultats expérimentaux préliminaires. Ainsi, le sujet de ce stage s'inscrit dans la continuité de cette étude et s'organise en 3 parties :
Etude de la réorientation des hydrures à partir d'essais sur des éprouvettes de traction
Etude de la DHC à partir d'éprouvette type Charpy en flexion 3 points
Etude de la ténacité en DHC à partir d'éprouvettes Compact Tension (CT) normalisées
Selon l'avancée des travaux, le modèle numérique de DHC calibré sur un autre matériau, pourra être confronté aux expériences réalisées au cours de ce stage.

Afin de mener à bien ses missions, le.la stagiaire sera encadré.e par deux ingénieurs chercheurs du Laboratoire de Comportement mécanique des Matériaux Irradiés (LCMI) et formé.e par l'équipe du LCMI pour la prise en main des moyens expérimentaux. Des réunions de travail seront régulièrement organisées afin que le.la stagiaire présente l'avancement de ses missions et les difficultés rencontrées.

Le stage débutera au plus tôt en février 2026, pour une durée de 6 mois. Nous recherchons un.e étudiant.e en 5ème année après le Bac ayant suivi une formation orientée vers la mécanique et la science des matériaux. Des appétences pour les applications pratiques requérant un sens physique pertinent seraient appréciées. Des connaissances en physique (diffusion chimique), en métallographie, et des bases en mécanique de la rupture seraient un plus. Le.la stagiaire devra être force de proposition.

Ce stage permettra de développer des compétences en mécanique de la rupture (théorie, réalisation d'essais mécaniques et, éventuellement, modélisation numérique). Par ailleurs, il permettra d'acquérir une vision globale sur le fonctionnement de la R&D dans un centre d'excellence internationale.

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes handicapées, cette offre de stage est ouverte à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation pour l'inclusion des travailleurs handicapés.