Thèse Développement d'Une Approche Macroscopique pour la Dégradation à Long Terme des Structures en Béton Sous Irradiation H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : CEA/SEMT - Service des études de mécanique et thermique Direction de la thèse : Ludovic JASON ORCID 000000016018118X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Dans les centrales nucléaires, la protection biologique en béton (CBS) est conçue à proximité de la cuve du réacteur. Cet élément, qui joue également le rôle de structure porteuse, absorbe donc les radiations. Il est ainsi exposé pendant la durée de fonctionnement de la centrale à des niveaux élevés de radiations qui peuvent avoir des conséquences à long terme. Ces radiations peuvent notamment entraîner une diminution des propriétés mécaniques des matériaux et de la structure. Etant donné son rôle clé, il est donc nécessaire de développer des outils et des modèles, pour prédire les comportements de telles structures à l'échelle macroscopique.
Sur la base des résultats existants obtenus à une échelle inférieure - simulations mésoscopiques, à partir desquelles une meilleure compréhension de l'effet de l'irradiation peut être obtenue, et des résultats expérimentaux qui viendront alimentés la simulation (propriétés des matériaux en particulier), il est proposé de développer une méthodologie macroscopique pour le comportement de la protection biologique en béton. Cette approche inclura différents phénomènes, parmi lesquels l'expansion volumétrique induite par le rayonnement, le fluage induit, les déformations thermiques et le chargement mécanique.
Les outils seront développés dans le cadre de la mécanique de l'endommagement. Les principaux défis numériques concernent la proposition et l'implémentation de lois d'évolution adaptées, et en particulier le couplage entre l'endommagement microstructural et l'endommagement au niveau structurel dû aux contraintes appliquées sur la structure.
Ce travail numérique pourra être réalisé dans un contexte de collaboration internationale. Il permettra au candidat retenu de développer un ensemble de compétences autour de la simulation de structures en béton armé en environnement complexe. Dans les centrales nucléaires, la protection biologique en béton (CBS) est conçue pour être très proche de la cuve du réacteur. Elle est censée absorber les radiations et agit comme une structure porteuse. Elle est donc exposée pendant la durée de vie de la centrale à des niveaux élevés de radiations qui peuvent avoir des conséquences à long terme. Ces radiations peuvent notamment entraîner une diminution des propriétés mécaniques des matériaux et de la structure. Compte tenu de son rôle clé, il est donc nécessaire de développer des outils et des modèles permettant de prédire le comportement d'une telle structure à l'échelle macroscopique.
En se basant sur les résultats obtenus à une échelle inférieure (simulations mésoscopiques), à partir desquelles une meilleure compréhension de l'effet de l'irradiation peut être obtenue, et sur les résultats expérimentaux qui sont censés alimenter la simulation (propriétés des matériaux en particulier), il est proposé de développer une méthodologie macroscopique pour représenter le comportement de la structure en béton. Cette approche inclura différents phénomènes, parmi lesquels :
- Les conséquences de l'effet RIVE (Radiation-Induced Volumetric expansion, généralement associé à une expansion hétérogène des granulats), qui est le mécanisme moteur de la dégradation de la structure,,
- Le fluage induit, conséquence de l'effet RIVE, incluant notamment les conséquences à l'échelle macroscopique du fluage non récupérable subi par la pâte de ciment,
- Les déformations thermiques dues à l'enrgie induite par le rayonnement dans le béton et créant un profil radial de température non linéaire.
- Toute charge mécanique additonnelle.
Ces phénomènes physiques seront développés dans le cadre de la mécanique de l'endommagement pour évaluer la dégradation mécanique à l'échelle macroscopique en termes de déplacements et de dommages. Les principaux défis des développements numériques seront la proposition de lois d'évolution adaptées, et en particulier le couplage entre l'endommagement microstructural (gonflement des agrégats) et l'endommagement au niveau structurel dû aux contraintes appliquées sur la structure.

Diplôme d'ingénieur ou M2 Recherche, mécanique, génie civil ou méthodes numériques