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Dissertations / Theses on the topic 'Zircaloy (marque déposée)'
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Doan, Dinh-Trung. "Comportement et rupture d'alliages de zirconium des crayons de combustible dans les centrales nucléaires en situation accidentelle de type RIA." Paris, ENMP, 2009. http://www.theses.fr/2009ENMP0022.
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Rupa, Nathalie. "Effet de l'hydrogène et des hydrures sur le comportement viscoplastique du zircaloy-4 recristallisé." Compiègne, 2000. http://www.theses.fr/2000COMP1272.
Full textAbstract:
Le zircaloy-4 est le principal matériau des assemblages combustibles des Réacteurs à Eau sous Pression. En service comme lors de l'entreposage, l'intégrité de ces composants doit être garantie en dépit de la présence d'hydrogène (en solution dans la matrice de zirconium) et d'hydrures (qui précipitent lorsque la teneur en hydrogène dépasse la limite de solubilité). L'objectif de cette étude est de caractériser l'effet de l'hydrogène et des hydrures sur le comportement viscoplastique du zircaloy-4 recristallisé non irradié. La présence d'hydrogène en solution solide est à l'origine d'une diminution des caractéristiques mécaniques se traduisant par une accélération des cinétiques de fluage et une diminution des contraintes d'écoulement en traction. Cet adoucissement est particulièrement visible en conditions d'interactions dynamiques oxygène/dislocations (mises en évidence sur le matériau sans hydrogène). L'hypothèse avancée, consolidée par des résultats de simulation atomique, est que l'hydrogène facilite le mouvement des dislocations, en diminuant les effets d'ancrage par les interstitiels, et/ou en augmentant la mobilité intrinsèque des dislocations. L'effet des hydrures se traduit par un durcissement du matériau (ralentissement des cinétiques de fluage, augmentation des contraintes d'écoulement en traction et des contraintes relaxées) compensant l'adoucissement par l'hydrogène. Le mécanisme de durcissement provient d'une augmentation des contraintes internes, déterminées par des essais de charge-décharge. Pour les très faibles déformations plastiques, les hydrures constituent un obstacle au glissement des dislocations. Ils sont ensuite franchis (ce qui correspond à une saturation de la contrainte interne). Les observations MET, ainsi que des résultats obtenus sur le titane indiquent que les précipités subissent alors un mécanisme de déformation.
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Grange, Marjolaine. "Fragilisation du Zircaloy-4 par l'hydrogène : comportement, mécanismes d'endommagement, interaction avec la couche d'oxyde, simulation numérique." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005648.
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4
Robinet, Pascal. "Étude expérimentale et modélisation du comportement viscoplastique anisotrope du zircaloy 4 dans deux états métallurgiques." Besançon, 1995. http://www.theses.fr/1995BESA2003.
Full textAbstract:
L'objet de ce travail porte sur l'etude et la modelisation du comportement viscoplastique anisotrope du zircaloy 4 dans deux etats metallurgiques differents a savoir recristallise et detendu. Une importante campagne experimentale est realisee entre 20 et 450c. A 350c l'anisotropie est quantifiee de facon detaillee grace a des essais monotones et cycliques uni et biaxes de traction-compression, traction-torsion et traction-pression interne. Les resultats laissent supposer que les coefficients d'anisotropie ne dependent pas de la temperature. Au voisinage de 300c la fluidite de cet alliage presente un minimum tres marque. Ce comportement est attribue au vieillissement dynamique souvent observe dans les solutions solides d'insertion. Dans la derniere partie nous proposons l'extension au cas du zircaloy 4 de la formulation d'un modele viscoplastique unifie. L'introduction de l'anisotropie dans ce modele s'effectue par l'intermediaire de quatre tenseurs d'ordre 4 affectant les directions d'ecoulement, les parties lineaires des ecrouissages cinematiques, ainsi que les restaurations dynamiques et statiques. L'identification de ce modele est discutee et realisee a 350c
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Mulot, Sandrine. "Étude théorique et expérimentale du laminage à pas de pélerin de tubes en zircaloy 4." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0782.
Full textAbstract:
Cette étude concerne le laminage à pas de pèlerin de tubes de gainage à usage nucléaire en zircaloy 4. Lors de la dernière passe de laminage, il peut apparaître des défauts de surface. Pour prévoir cet endommagement, un modèle mécanique analytique a été mis au point lors d'une précédente thèse. Ses principales limitations étaient : - L'utilisation d'une loi de comportement isotrope, alors que l'on sait le matériau anisotrope. Le modèle mécanique a été modifié pour accepter un comportement anisotrope de type quadratique de Hill. Sur la gamme amont de laminage, l'anisotropie a été quantifiée expérimentalement, au travers des six paramètres de la loi de Hill. Un essai original de mesure des paramètres en cisaillement, par cisaillage de barreaux cylindriques prélevés dans la paroi du tube, a été conçu et réalisé. Nous avons par ailleurs utilisé le modèle polycristallin de Lebensohn et Tomé afin de prédire les propriétés mécaniques sur l'ensemble de la gamme. - La difficulté de prendre en compte de manière prédictive la déformation en cisaillement dans le plan radial + longitudinal du tube, dont l'importance avait été démontrée. Cet obstacle a été levé en construisant un modèle de borne supérieure, couplé au modèle global. Ce modèle d'ensemble a aussi été complété par le calcul des efforts horizontaux sur le mandrin par la méthode des tranches. Parallèlement à ces développements, une campagne de simulation par éléments finis 3d a permis de mieux comprendre ce procédé complexe de déformation à froid. Les informations tirées de ces simulations ont montré qu'il était nécessaire de reprendre certaines hypothèses du modèle analytique. Nous nous sommes attachés à construire et à valider une nouvelle formulation tridimensionnelle, semi-analytique, de la dernière passe de laminage, en nous affranchissant des approximations que la simulation numérique a montrées les plus criticablesThis study deals with the pilgering of Zircaloy 4 cladding tubes. During the last pilgering pass, surface defects may appear in a little quantity but of a great potential noctivity. In order to foresee this damage, a previous thesis was dedicated to the turning of mechanical model. Its major limits were : - the use of isotropic plasticity behaviour law although the material is highly textured and mechanically anisotropic. The mechanical model has been modified so that an anisotropic behaviour of a Hill quadratic type be accepted. The anistropy has been experimentally quantified over the upstream stages of the pilgering process line, throughout the six Hill parameters. An original method for measurement of shear parameters has been set up using the shearing of cylindrical bars coming from the tube wall. The Lebensohn and Tomé model was used to predict the mechanical properties over the whole process line ; - the difficulty to take account, using a predictive manner, the shear bucling within the radial-longitudinal tube plane, although its importance has been proved. This obstacle has been cancelled with the building of an upper boundary model. This model has been enhanced with the calculation of the mandrel horizontal stresses using the slab method. Along with theses developpments, a series of numerical simulations with 3D finite elements allowed a better understanding of this complex process of cold deformation. The information obtained from these simulations showed it was necessary to reconsider some of the hypothesis from the analytical model. We concentrated on the building showed to be the most questionable by the simulation
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Schäffler, Isabelle. "Modélisation du comportement elasto-viscoplastique anisotrope des tubes de gaine du crayon combustible entre zéro et quatre cycles de fonctionnement en réacteur à eau pressurisée." Besançon, 1997. http://www.theses.fr/1997BESA2076.
Full textAbstract:
Le parc nucléaire français fournissant plus de 75% de la production nationale d'électricité, la puissance des REP doit pouvoir être adaptée à la demande du réseau électrique. Par ailleurs, EDF souhaite augmenter la durée de vie des assemblages combustibles. Ces conditions de service provoquent des interactions répétées entre la pastille et la gaine (IPG) du crayon combustible. Nous présentons dans ce mémoire un modèle décrivant le comportement anisotrope viscoplastique de tubes de gaine en Zircaloy-4 détendu irradiés entre 0 et 4 cycles. L'anisotropie est décrite dans la modélisation au moyen de quatre tenseurs d'ordre 4 affectant les directions d'écoulement, les parties linéaires, ainsi que les restaurations dynamique et statique des variables d'écrouissage cinématique. Le modèle a été identifié à 350°C et 400°C sur des tubes de gainage représentatifs de ceux introduit dans les REP d'EDF. Les effets de la température affectent l'équation d'état ainsi que le terme de restauration statique. Le modèle proposé permet de reproduire des chargements complexes représentatifs d'une IPG à 350°C, 380°C et 400°C. L'irradiation provoque un durcissement et une diminution de la vitesse de fluage des gaines irradiées jusqu'à une fluence de 45. 10 puissance 24 n/m2 (E > 1 MeV). L'évolution des propriétés mécaniques sature au-dessus de cette fluence. Les propriétés élastiques des tubes de gainage ne sont pas modifiés par l'irradiation. L'introduction d'une variable d'état d'endommagement liée à la fluence permet d'imposer une augmentation de l'écrouissage cinématique, ainsi que la diminution du terme de restauration statique. Ce formalisme identifié à 350°C à partir d'essais monotones de traction et de fluage biaxés a été validé grâce aux essais mécaniques réalisés à 380°C et 400°C sur des gaines irradiées. L'application du modèle à un cas réel est illustré par le calcul éléments finis du comportement mécanique d'un crayon combustible soumis à une IPG.
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Robert-Berat, Laurence. "Influence d'une couche de zircone sur le comportement mécanique des tubes en zircaloy-4." Clermond-Ferrand 2, 2001. http://www.theses.fr/2001CLF2A001.
Full textAbstract:
Au cœur des Réacteurs à Eau sous Pression, la gaine en Zircaloy-4 est soumise à la corrosion : une couche d'oxyde externe et une couche d'oxyde interne se forment. Celles-ci sont susceptibles d'influencer le comportement des tubes pendant leur séjour en réacteur et pendant leur entreposage. Le but de cette étude est donc de contribuer à la compréhension du comportement mécanique des tubes oxydés. Des essais mécaniques sont effectués sur des tubes de gainage et tubes guides en traction et pression interne. Ils mettent en évidence un effet différent de l'oxyde sous ces deux types de sollicitation. En traction, la couche de zircone entraîne un important renfort. En pression interne, elle entraîne soit un faible renfort, soit un affaiblissement. La fissuration de la couche d'oxyde est caractérisée et quantifiée par des observations au MEB en fin d'essais. Ces observations mettent en évidence la nécessité d'une modélisation du comportement prenant en compte l'endommagement par fissuration de la couche. Un modèle aux éléments finis est donc présenté pour un tube recouvert de deux couches de zircone (interne et externe) non fissurées puis fissurées. Pour expliquer cette différence de comportement suivant le type de sollicitation appliquée, l'hypothèse d'un effet de type " structure " est proposée. La présence des couches d'oxyde fissurées entraîne des contraintes circonférentielles dans le Zircaloy qui favorisent un renfort en traction uni-axiale, malgré la fissuration de la couche d'oxyde. Alors qu'en pression interne, la présence de l'oxyde entraîne des contraintes axiales dans le Zircaloy qui s'opposent à la diminution des déformations circonférentielles, limitant ainsi l'effet de renfort qui est alors nettement plus faible qu'en traction. L'influence de l'oxyde sur les contraintes s'exerçant sur le Zircaloy est donc à l'origine de cette différence de comportement en traction et pression interne.
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Bai, Jinbo. "Nocivité des hydrures dans le zircaloy-4." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1991. http://www.theses.fr/1991ECAP0194.
Full textAbstract:
Cette thèse a été effectuée pour quantifier l'influence de l'hydrogène sous forme d'hydrures sur le comportement mécanique du zircaloy-4. Après une étude bibliographique nous avons réalisé le chargement en hydrogène sans ou sous contrainte a l'aide d'un montage adapte, et ensuite caractérisé la morphologie des hydrures par l'analyse optique, MEB et MET. Par essais de traction simple, mesure dynamique sur les éprouvettes hydrurées, nous avons quantifié l'effet des hydrures sur les propriétés mécaniques du zircaloy-4 et a 350c; par essai in-situ, observation des facies de rupture et analyse de profils de rupture, nous avons mis en évidence des mécanismes de rupture pour différentes teneurs en hydrogène (jusqu'a 2000 ppm h), différentes températures (a 20 et 350c) et différents états métallurgiques (détendu, recristallise et traité beta). Il existe une transition ductile-fragile a 20°C lorsque l'on augmente la teneur en hydrogène. La teneur en hydrogène correspondant a cette transition dépend de l'état métallurgique qui passe de 700 ppm environ, pour les états détendu et recristallise, a 100 ppm pour l'état traite beta pour les tôles de 0,5 mm d'épaisseur. Cette transition semble liée à la formation progressive d'un réseau continu d'hydrures fragiles et est plus étalée pour l'état détendu (entre 700 et 1050 ppm). À 20°C, l'analyse des faciès de rupture montre la présence de fissures secondaires. Pour les essais a 350°C, sur les éprouvettes contenant moins de 1500 ppm h#2, la fragilisation par les hydrures disparait. L’augmentation importante de la ductilité de la phase hydrure et le changement des conditions internes autour des hydrures entre 20°C et 350°C semble être à l’ origine du mécanisme observé et de la disparition de la fragilisation par les hydrures. Cependant, les éprouvettes à l'état traite beta, contenant plus de 1800 ppm h#2, peuvent être fragiles. La transformation de phase delta (ductile a 350°C) à phase epsilon (fragile a 350c) des hydrures pourrait contribuer a ce changement. Divers modèles ont été proposes afin de prédire l'effet des hydrures, l'influence des microstructures et les gammes de fabrication, et l'effet de la contrainte sur l'orientation des hydrures. Enfin nous proposons certaines mesures possibles pour minimiser la fragilisation par l'hydrogène. La nocivité des hydrures et leur contribution effective a la fragilisation du zircaloy-4 pourraient être minimisée en contrôlant la texture, la forme et la taille des grains et la gamme de fabrication afin d'obtenir une précipitation des hydrures sur des joints de grains (ou interfaces des lamelles) fins et allonges dans le sens de sollicitation
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Deydier, Pascal. "Etude de l'oxydation en milieu aqueux à 360° C d'un alliage de zirconium (Zircaloy 4) traité par implantation ionique." Lyon 1, 1988. http://www.theses.fr/1988LYO10181.
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Serres, Aurélie. "Corrosion sous contrainte par l'iode du Zircaloy-4 : cinétiques de fissuration et influence de l'irradiation sur l'amorçage." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0001/these.pdf.
Full textAbstract:
Pendant les transitoires de puissance des REP, la corrosion sous contrainte par l'iode (CSC-I) est l'un des modes de rupture potentiels des crayons combustibles en Zircaloy-4 en situation d'Interaction Pastille Gaine. Le premier objectif de notre étude est de discriminer les paramètres influents sur la CSC-I, en mesurant les cinétiques de propagation par suivi électrique, en milieu méthanol iodé à température ambiante sur des éprouvettes plates entaillées. Nous montrons que pour un KI inférieur à 20 MPa. M1/2, la vitesse de propagation IG et mixte IG/TG dépend linéairement du KI, quel que soit le mode de propagation. Entre 20 et 25 MPa. M1/2, la vitesse de propagation purement TG est une fonction affine du KI, mais augmente plus rapidement avec le KI que pendant la propagation IG et mixte IG/TG. La direction et le plan de propagation des fissures (LT ou TL) influent sur les modes de propagation, mais pas sur les cinétiques de propagation. L'augmentation de la concentration en iode conduit à une augmentation des vitesses de propagation pour un KI donné, et à une diminution du KI,seuil déclenchant la propagation d'une fissure. Ce travail permet donc de quantifier l'influence de la concentration en iode et du KI sur la phase de propagation des fissures, de proposer une loi de propagation prenant en compte ces paramètres, et d'améliorer la description de la CSC-I pour les modèles. Les gaines en alliages de zirconium sont irradiées aux neutrons au cours de leur utilisation, ce qui modifie leur microstructure et leurs modes de déformation. Le second objectif de notre étude est donc d'étudier l'influence de ces modifications sur la CSC-I. Pour cela, des éprouvettes lisses de Zircaloy-4 recristallisé sont irradiées aux protons à 2 dpa et 305°C, la microstructure et les modes de déformation du Zircaloy-4 non irradié et irradié sont caractérisés en MET et en MEB, et l'influence des modifications induites par l'irradiation sur la sensibilité à la CSC-I est étudiée. Les précipités de phase de Laves sont faiblement modifiés par l'irradiation. La formation de boucles de dislocations P, concomitante à un durcissement induit par l'irradiation, est observée. Le Zircaloy-4 irradié aux protons se déforme dans la direction transverse par canalisation basale, et la déformation se localise dans des bandes de déformation macroscopique. Les cissions critiques des systèmes de glissement basal et prismatique sont inversées par l'irradiation aux protons. La microstructure de boucles de dislocations, le durcissement, et les modes de déformation du Zircaloy-4 irradié aux neutrons sont raisonnablement bien simulés par l'irradiation aux protons. L'irradiation aux protons conduit à une augmentation significative de la sensibilité à l'amorçage des fissures de CSC-I après traction lente dans la direction transverse. Pour de faibles concentrations, les fissures s'amorcent sur les bandes de déformation macroscopiques, et lorsque la concentration en iode augmente, le niveau de déformation locale nécessaire à l'amorçage des fissures diminueThe context of this study ls the iodine-induced stress corrosion cracking (1-SCC) of Zircaloy-4. The first objective is to quantify the affect of the iodine content and of the stress intensity factor (KI) on the subcritical crack propagation rate. Our results indicate that the crack propagation rate is a linear function of KI and increases with the iodine content for a given KI. We finally propose a propagation law, improving by this way the 1-SCC description for modelling. The second objective is to study the effect of irradiation on 1-SCC, by means of tests made on proton-irradiated material. We establish th the dislocation loops microstructure, the hardness, and the deformation modes of proton·irradiated Zircaloy-4 are consistent with the one reported alter neutron irradiation. Besides, irradiation induces an increase of the 1-SCC susceptibility. The role of hardening, chanelling, and macroscopic Jocaiization of deformation are discussed
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Bisor, Caroline. "Compréhension des mécanismes de prise d'hydrogène des alliages de zirconium en situation de corrosion en conditions REP : impact des hydrures sur la corrosion du Zircaloy-4." Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2010. http://www.theses.fr/2010EVRY0004/document.
Full textAbstract:
Les alliages de zirconium sont utilisés comme matériaux de gainage dans les Réacteurs à Eau Pressurisée. Or, en fonctionnement, la corrosion et l’hydruration sont des facteurs limitant l’utilisation des alliages Zircaloy-4 et sont à l’origine du développement de l’alliage Zr-1Nb. Afin d’améliorer notre compréhension du comportement de ces matériaux, deux problématiques ont été abordées : la détermination de leurs mécanismes respectifs de prise d’hydrogène et de l’impact des hydrures sur la corrosion du Zircaloy-4. Concernant les mécanismes, des échanges isotopiques réalisés en milieu D2O à 360°C ont permis de mettre en évidence (SIMS, ERDA) les zones des couches d’oxyde dans lesquelles la diffusion est limitante. La moindre prise d’hydrogène observée sur l’alliage Zr-1Nb semble davantage imputable à un plus faible gradient de concentration en hydrogène dans la couche qu’au coefficient de diffusion de l’espèce dans la zircone. Concernant l’impact des hydrures sur la corrosion, la caractérisation d’éprouvettes pré-hydrurées puis corrodées en milieu primaire à 360°C a permis d’identifier sur ces échantillons la présence du sous-oxyde Zr3O à l’interface interne, une moindre fraction de β-ZrO2 et une diffusion accrue de l’oxygène via les courts-circuits de la zircone (MET, µ-DRX, marquage 18O). Par ailleurs, au cours de l’oxydation, l’hydrogène issu de l’hydrure reste dans la matrice et participe à la transformation de phase ZrH1 ,66 εZrH2. Finalement, nous avons pu proposer des mécanismes simultanés d’oxydation et de prise d’hydrogène qui rendent compte de l’ensemble des résultats expérimentauxZirconium alloys are widely used as fuel claddings in Pressurized Water Reactors. However, the corrosion and hydriding lead to a progressive reduction of the use of Zircaloy-4 alloys whereas the Zr-1Nb alloy becomes a competitive material. In order to improve the understanding of their behaviour, two research axes were investigated: the determination of the hydrogen pick-up mechanism for each alloy and the impact of zirconium hydrides on Zircaloy-4 corrosion. Regarding the study of mechanisms, isotopic exchanges were carried out in D2O environment at 360°C and led (SIMS, ERDA) to the localization, in the oxide scales, of the limiting step for the hydrogen diffusion. The lower hydrogen pick-up fraction observed on Zr-1Nb alloy is rather due to a smaller hydrogen gradient in the oxide than to a lower value of the diffusion coefficient. Concerning the impact of hydrides on Zircaloy-4 corrosion, the characterization of pre-hydrided samples which were corroded in primary water at 360°C revealed several changes, as the presence of Zr3O sub-oxide at the inner metal/oxide interface, a lower fraction of β-ZrO2 in the oxide and a faster diffusion of oxygen species through grain boundaries of zirconia (TEM, µ-XRD, 18O isotopic experiments). Moreover, during oxidation, the hydrogen initially present in the hydride phase remains in the metallic matrix and leads to the allotropic transformation ZrH1 ,66 εZrH2. Finally, based on all those experimental results, a simultaneous mechanism of oxidation and hydrogen pick-up was proposed for the studied alloys
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Peybernès, Jean. "Influence de l'ébullition sur la corrosion externe des gaines de crayons combustibles des réacteurs à eau pressurisée." Aix-Marseille 1, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX11079.
Full textAbstract:
L'amelioration du rendement energetique des reacteurs a eau pressurisee, envisagee actuellement, peut induire des regimes d'ebullition locale a la paroi des gaines des elements combustibles situes dans les canaux les plus chauds du cur (augmentation des flux de chaleur et de la temperature du refrigerant). Ces nouvelles conditions de fonctionnement des rep pourraient etre a l'origine d'une acceleration des cinetiques de corrosion des gaines de combustible en zircaloy-4. Le but de cette these est d'etudier l'effet de l'ebullition sur la corrosion du materiau de gainage a partir des essais de corrosion en boucle hors pile conduits dans des conditions thermohydrauliques et chimiques sollicitantes (ebullition, teneur en lithium elevee). Les resultats obtenus revelent une acceleration de la corrosion externe des gaines en regime d'ebullition en presence de lithium dans l'eau. Cette acceleration est d'autant plus marquee que les teneurs en lithium dans l'eau sont elevees. Les analyses chimiques par spectroscopie de masse d'ions secondaires des couches de zircone formees lors de ces tests ont montre que l'ebullition conduit a des phenomenes de surconcentration des additifs chimiques de l'eau primaire (bore, lithium) a la paroi des gaines, entrainant une incorporation accrue du lithium dans l'oxyde. Sur la base de ces resultats, une modelisation des processus d'enrichissement des additifs chimiques a la paroi des gaines en presence d'ebullition est developpee et permet d'etendre le code de corrosion cochise a la prediction des vitesses de corrosion du zircaloy-4 en milieu diphasique
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Diard, Olivier. "Un exemple de couplage, comportement-endommagement-environnement, dans les polycristaux : Application à l'Interaction Pastille-Gaine." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP1032.
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Pieraccini, Michel. "Contribution à la vérification et à l'amélioration des modèles d'oxydation d'un coeur de réacteur à eau pressurisée lors d'un accident grave." Aix-Marseille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX11005.
Full textAbstract:
Depuis l'accident de tmi-2 aux etats-unis en 1979, de nombreuses experiences ont ete realisees a travers le monde pour mieux comprendre les principaux processus de degradation d'un cur de reacteur a eau pressurisee. Parallelement, un travail de modelisation a debouche sur l'elaboration de codes de calcul (code icare2 a l'ipsn). L'oxydation du zircaloy des gaines de crayons combustibles s'avere etre le phenomene cle qui, par ses consequences (forte production de chaleur, degagement d'hydrogene, perte d'integrite du gainage), conditionne la suite du processus de degradation. C'est dans cette optique que cette these a ete proposee, ayant pour objectif principal, la comprehension, la validation et l'amelioration des modeles d'oxydation existants. Deux aspects ont ete successivement abordes: oxydation de gaines intactes et oxydation de gaines fragilisees. Dans le premier cas, un modele utilisant la correlation d'urbanic-heidrick a donc ete elabore pour ameliorer la convergence au pas de temps du code icare2 lors d'emballements violents de temperature. Les resultats montrent une bonne convergence au pas de temps quelle que soit la valeur de ce dernier et meme pour des taux d'echauffement superieurs a 35c/s. Dans le cas de l'oxydation de gaines fragilisees (par exemple a la suite d'une trempe), aucun modele satisfaisant ni de donnees specifiques du probleme ne sont actuellement disponibles. Durant ce travail, un modele semi empirique a malgre tout ete developpe et valide sur la base de l'essai phebus-csd-b9r2. Cette premiere approche montre que l'on obtient de bons accords calculs-experiences. Des experiences allemandes actuellement en preparation et specifiques de ce phenomene permettront de valider ce modele sur une gamme plus etendue de conditions et de fournir les donnees necessaires pour une modelisation plus mecaniste du phenomene d'oxydation de gaines fragilisees
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Péralès, Frédéric. "Fissuration des matériaux à gradient de propriétés : application au zircaloy hydrure." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20202.
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Richard, Alain. "Traitement de trempe superficielle par laser du zircaloy." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37600824k.
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Mankowski, Georges. "Corrosion par piqûres et corrosion sous contrainte du zircaloy-4 en milieu neutre chlorure." Toulouse, INPT, 1987. http://www.theses.fr/1987INPT025G.
Full textAbstract:
Analyse quantitative de la sensibilite a la corrosion par piqures du zircaloy-4 par la determination des temps d'induction de la premiere piqure et des potentiels de germination des piqures. Mise en evidence de l'influence des differents parametres: etat de surface et sens de prelevement des echantillons, conditions de prepolarisation, potentiel de piquration, teneur en ions chlorure, vitesse de balayage en potentiel
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Frechinet, Stéphane. "Transformations et comportements du Zircaloy-4 en conditions anisothermes." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP1044.
Full textAbstract:
Le couplage entre transformation de phase et comportement mécanique a été étudié dans un alliage de zirconium, le zircaloy-4. Cet alliage, constitutif des gaines de combustible nucléaire, présente une transformation de phases α (hc) ⇋ β (cc) entre 8OO et 1000ʿC qui s'accompagne d'une variation de volume. Une machine d'essais mécaniques a spécifiquement été conçue pour cette étude. Elle permet de réaliser des essais mécaniques et de suivre simultanément la transformation de phase. Le comportement en fluage isotherme des gaines a été étudié entre 700 et 1100ʿC. En phases α et β, des lois de type Norton ont été identifiées et des mécanismes de déformation y ont été associés. Dans le domaine biphasé, un domaine superplastique existe lors de la première moitié de la transformation de phase, associé a du glissement d'interfaces assisté par du fluage diffusion des grains. Dans la deuxième moitié de la transformation, en fonction de la contrainte app]iquée, la déformation est contrôlée soit par la déformation du composite α+β, soit par le fluage de la phase β seule. Ces résultats sont synthétisés sous forme d'une carte d'Ashby. Le comportement en conditions anisothermes a ensuite été étudié. Un phénomène de plasticité de transformation non négligeable (plus de 0. 5 % pour 1 MPa) a été mis en évidence. La plasticité de transformation est linéaire en fonction de la contrainte appliquée et, grâce à des calculs de cellules par éléments finis, il apparaît que la percolation de la phaseβ,est un seuil critique. Ce phénomène peut être décrit par des modèles existants à condition de les adapter. Le dernier chapitre est consacré à l'utilisation des résultats pour la prévision du comportement des gaines soumises à des rampes thermiques rapides dans l'expérience EDGAR du CEA/SRMA. Cette comparaison avec l'expérience permet de préciser les limites de validité des modèles proposés.
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Loucif, Kamel. "Evolutions microstructurales d'alliages de zirconium trempes alpha ou bêta au cours de revenus compris entre l'ambiante et 750°C." Lyon, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAL0105.
Full textAbstract:
La compréhension du comportement des alliages de zircon et des zircaloys au cours de l 'élaboration des produits dinaux et de leur utilisation nécessite une étude précise de l’évolution de leur microstructure en cours de revenus. Ce dernier point a été le but essentiel de notre travail qui a été réalisé en employant de mesure PTE comme technique essentielle d'investigation et qui comporte deux parties : La première traite de l'évolution micro structurale des alliages trempés depuis le haut du domaine, Nous avons distingué deux stades d'évolution. Le premier stade est attribué à la migration des atomes interstitiels vers les défauts et le deuxième à la précipitation des éléments fer, chrome et nickel. Nous avons mis en évidence l'influence importante d'autres éléments d'addition, tels que l’oxygène, sur la cinétique de cette précipitation. La deuxième parie est consacrée à l'étude des alliages trempés depuis le domaine. Nous avons mis en évidence cinq stades d'évolution micro structurale dont les deux principaux sont dus à la précipitation des éléments et à la recristallisation ; Un diagramme T. T. T. Du zircaloy-4 a été établi. Ce travail donne une description détaillée de l'ensemble des phénomènes micro structuraux se produisant lors de revenus après trempeThe comprehension of zirconium alloys behaviour during elaboration and utilisation of final products requires an accurate study of their microstructure evolution during ageing. This point was the principal aim of our work which was realized by using mainly T. E. P. Measurements and which comprises two parts The subject of the first part is the microstructural evolution of quenched alloys from the upper 1imit of domain. We distinguished two evolution stages. One was attributed to interstitial atoms migration ta lattice defects and the later to the precipitation alloying elements iron, chromium and nickel. We show the greta influence of the alloying elements such as oxygen on the precipitation kinetics. The second art is devoted to the micro structure evolution of quenched alloys from the domain. Five stages was observed among which the two principals are du to elements precipitation and recrystallisation. A T. T. T. Diagram of Zircaloy-4 was established. This study gives a detailed description of the whole microstructural phenomenons occurring during ageing after quench
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Sulistijono, Sulistijono. "Étude du comportement de couches de zircone dans l'air à haute température (400-1100 C°)." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD519.
Full textAbstract:
La zircone formée par oxydation du zircaloy 4 et celle obtenue par projection plasma sous pression réduite ont été étudiées. L'oxydation du zircaloy 4 dans l'air a été réalisée entre 370 degrés C et 750 degrés C. La cinétique d'oxydation ne peut pas être décrite par une loi simple. Au début la vitesse diminue régulièrement ; après quelques heures une accélération se manifeste jusqu'à ce qu'une loi linéaire s'établisse. L'observation morphologique et l'analyse structurale montrent la création de fissures et la transformation de la zircone quadratique en monoclinique pendant la transition de cinétique. Ce phénomène continue lorsque la loi linéaire est atteinte ; cette dernière indique qu'une couche non transformée d'épaisseur constante demeure. Des échantillons barrières thermiques ont été ensuite étudiés. Différents types ont été préparés pour des essais en cyclage thermique. Plusieurs paramètres ont été pris en compte : la nature des poudres de départ, les compositions et les granulométrie des poudres MCrA1Y pour la couche d'accrochage, les durées et les températures d'oxydation. Les résultats montrent que la dégradation des barrières est liée au changement de phase de la zircone de monoclinique en quadratique, à la fissuration de la couche barrière près de l'interface zircone/MCrAIY, au changement de structure du MCrAIY (ségrégation d'aluminium et création de porosité à l'interface de MCrAIY/ substrat) et à la formation d'oxyde de chrome. La mesure des contraintes dans la zircone a été réalisée par méthode du trou et par diffraction des RX après le cyclage thermique. Elle montre des contraintes de compression plutôt localisées à l'interface zircone/MCrA1Y.
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Quaranta, Delphine. "Étude de voies potentielles pour le recyclage du zirconium des gaines en Zircaloy des combustibles nucléaires usés." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30038.
Full textAbstract:
Le Zircaloy-4 est un alliage à base de zirconium (~ 98 % massique) constituant le gainage des assemblages nucléaires. Actuellement, les gaines de Zircaloy irradiées sont destinées au stockage géologique profond en raison de leur contamination en radioéléments (contamination issue du séjour en réacteur ainsi que du procédé de traitement). Elles sont classées en déchet de moyenne activité à vie longue suivant les recommandations de l'ANDRA (radioactivité : 10 6 - 10 9 Bq/g, périodes > 31 ans). Les gaines de Zircaloy irradiées représentent une part importante de l'inventaire des assemblages, ~ 25 % en masse. Le recyclage du zirconium contenu dans les gaines pourrait donc présenter un intérêt économique, soit dans le but de revaloriser le zirconium par refabrication de gaines (avec la contrainte imposée par la présence résiduelle de 93Zr), soit à minima pour déclasser le déchet coque en faible activité. Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier les voies potentielles pour le recyclage du zirconium contenu dans les gaines de Zircaloy irradiées, et plus précisément l'électroraffinage en milieux de fluorures fondus. L'étude de la composition des gaines de Zircaloy des combustibles nucléaires usés a tout d'abord été réalisée afin d'identifier les radiocontaminants présents dans les gaines irradiées. Ces éléments sont soit des produits d'activation (Cr, Fe, Ni, Co, Sn, ...), soit des produits de fission (H, Sr (+ Y), Cs (+Ba), Eu, ...) et les actinides (U, Pu, Am et Cm). Une étude électrochimique des ions zirconium (IV) a ensuite été réalisée dans le milieu LiF-NaF. Elle a permis d'en déterminer les mécanismes de réduction en zirconium métallique. Puis, une étude classique de nucléation/croissance a également permis d'optimiser les conditions opératoires (i.e. nature de la cathode, concentration de ZrF4 dans le sel, densité de courant appliquée...) pour l'obtention d'un dépôt de zirconium métallique adhérant sur cathode solide inerte. La dernière partie de ce travail s'est focalisée sur l'électroraffinage de tronçons de Zircaloy "frais", soit avant passage dans le réacteur. Une attention particulière a été portée sur le comportement des constituants d'alliage (Fe, Cr et Sn) vis-à-vis de l'avancement de dissolution de l'anode. Bien que les électroraffinages se soient portés sur un matériau non radioactif, la combinaison des approches thermodynamique et expérimentale a permis de proposer un premier dimensionnement du cœur de procédé. L'ensemble de ce travail permet d'avancer un premier scénario pour le traitement des gaines de combustibles usésZircaloy-4 is an alloy mainly composed of zirconium (~ 98%wt.) constituting the cladding of nuclear assemblies. Currently, used Zircaloy claddings are intended for deep geological storage due to their contamination by radioelements from the nuclear reaction and the reprocessing process. They are classified as long-lived intermediate-level waste according to ANDRA recommendations (radioactivity: 10 6 - 10 9 Bq/g, periods > 31 years), as they represent 25%wt. of the assembly inventory. Zirconium recycling thus could present an economic interest, either to upgrade the zirconium by remanufacturing sheaths (with the constraint imposed by the residual presence of 93Zr), or to downgrade the cladding wastes into low activity waste. This thesis aims to study the potential routes for the recycling of zirconium contained in spent Zircaloy sheaths, and more precisely electrorefining in molten fluorides. The study of Zircaloy sheath composition of spent nuclear fuel was first carried out to identify the radioelements present in used claddings. These elements are either activation products (Cr, Fe, Ni, Co, Sn, etc.), or fission products (H, Sr (+ Y), Cs (+ Ba), Eu, etc.), or actinides (U, Pu, Am and Cm). An electrochemical study of the zirconium (IV) ions was carried out in LiF-NaF at 750 °C to determine its reduction mechanisms into metallic zirconium. Then, a nucleation / growth study was performed to optimize the operating conditions (ie nature of the cathode, concentration of ZrF4, current density applied, etc.), to obtain an adherent metal zirconium deposit on inert solid cathode. The last part of this work was focused on the electrorefining of "fresh" Zircaloy sections, i.e. before its stay in the reactor. Particular attention was paid to the behavior of the alloy constituents (Fe, Cr and Sn), during the electrolysis process. This work proposes a first scenario for the reprocessing of spent fuel claddings
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Putoud, Philippe. "Oxydation d'alliages de type Zircaloy-4 à différentes teneurs en étain à 400°C dans la vapeur d'eau : analyse des phases en présence et de leur évolution." Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMPD837.
Full textAbstract:
L'oxydation du Zircaloy-4, matériau de gainage du combustible nucléaire, présente en Réacteur à Eau Pressurisée, après une loi de croissance "parabolique", une accélération de la vitesse d'oxydation entraînant une diminution de la durée de vie des assemblages. Notre étude se situe dans le cadre d'une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques et mécaniques intervenant dans la croissance et l'éventuelle perte du caractère protecteur de la zircone associée à un phénomène de transition dans la cinétique d'oxydation. L'objectif était de dégager les paramètres susceptibles d'agir sur la transformation de phase de la zircone formée par oxydation à 400°C en vapeur d'eau d'alliages de type Zy-4 contenant des teneurs variables en étain depuis 1,2% (produit industriel) jusqu'a 0%. Pour cela, deux techniques ont été mises en jeu de façon comparative : la diffraction des rayons X (DRX) et la spectroscopie Raman laser (SRL) sous deux formes macro- et micro- spectroscopie. Il ressort clairement que la teneur en phase quadratique diminue avec la durée croissante d'oxydation ; qu'il n'y a pas de diminution marquée de cette teneur associée à la première transition cinétique. Les analyses réalisées par micro-spectrométrie sur des coupes biaises ont mis en évidence des teneurs importantes (50-80%) en zircone quadratique à l'interface oxyde-métal. Cette teneur interfaciale semble croître avec la durée croissante d'oxydation et ne pas dépendre de la teneur en étain. Par contre, il y a divergence apparente sur le signe de l'évolution de la teneur en zircone quadratique au sein de l'oxyde pour différentes teneurs en étain, selon que les analyses sont effectuées en Raman ou en rayons X. Une modélisation de la distribution de la phase quadratique à partir des résultats micro-Raman a été entreprise afin de calculer les teneurs de phase quadratique que l'on obtiendrait par DRX et SRL afin de les comparer à celles obtenues expérimentalement. Les causes possibles justifiant les divergences observées sont discutées.
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Geyer, Philippe. "Comportement élasto-viscoplastique de tubes en Zircaloy 4 : approche expérimentale et modélisation micromécanique." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1999. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00933408.
Full textAbstract:
Les tubes en Zircaloy-4 renfermant le combustible des centrales REP constituent la première barrière de sécurité vis-à-vis de la dissémination d'éléments radioactifs dans l'atmosphère. Devant la complexité des phénomènes mis en jeu en réacteur, EDF a recours à la simulation numérique pour évaluer et garantir l'intégrité mécanique de ces tubes. L'objectif de cette thèse est de développer une modélisation du comportement mécanique des alliages de zirconium par une approche prédictive, en se basant sur l'étude de la microstructure du matériau et des mécanismes physiques de la déformation plastique. Pour alimenter la modélisation, une approche expérimentale a été mise en place couplant essais mécaniques et observations des mécanismes de déformation plastique sur des tubes en Zircaloy-4 à l'état recristallisé. Lors des essais mécaniques, on s'est attaché à réaliser des essais "originaux" dont l'analyse des résultats puisse être directement reliée aux mécanismes de déformation à l'échelle des grains. Pour déterminer les modes de déformation actifs dans le Zircaloy-4, des observations post mortem en microscopie électronique en transmission ont été effectuées. Des lames minces ont été prélevés sur des tubes soumis à différents trajets de chargement mettant en exergue l'anisotropie et la viscosité du matériau. Le point de départ de la modélisation est une approche de type micro-mécanique, adaptée aux polycristaux, utilisée avec succès pour des matériaux cubiques, en prenant en compte la spécificité de la structure hexagonale du zirconium. Le choix des lois de comportement régissant les mécanismes de glissement découle de notre approche expérimentale. Les résultats obtenus par la modélisation sont confrontés avec les essais mécaniques et les observations microstructurales. Les points forts du modèle ainsi que ses lacunes sont dégagés. Les résultats obtenus montrent tout l'intérêt d'étendre la méthodologie mise en œuvre au cas du matériau irradié.
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Musienko, Andrey. "Plasticité cristalline en présence de grandes déformations et d'endommagement." Paris, ENMP, 2005. http://www.theses.fr/2005ENMP1371.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre de la plasticité cristalline. Son but est le développement d'une approche couplée, capable de prendre en compte l'interaction entre la plasticité et l'environnement dans les tubes de Zircaloy des centrales nucleaires. On introduit une zone specifique près de joint grains, un modèle qui permet l'endommagement, l'ouverture et le glissement intergranulaire, un autre modèle pour décrire le clivage dans les grains. Une simulation de fissuration de Zircaloy influencée par iode est proposée. On y represente correctement la vitesse de propagation fissure experimentale, on est capable de prédire le passage inter-transgranulaire de rupture. Les aspects numériques de plasticité cristalline sont etudié dans un cadre de transformations finis. Une série de calculs étais effectue sur un éprouvette du cuivre, pour lequel la structure 3D était connue a partir de mesures pré-existants, faites à l'université de Leoben, AutricheThis work addresses problems in the framework of crystal plasticity. Its main motivation is the development of a coupled approach able to account for the interaction between environment, inelastic deformation and damage in a zircaloy used for the cladding tubes in nuclear power plants. We introduce a specific zone in each grain near the grain boundary, a model to allow intergranular damage, opening and sliding (dos), another model describing cleavage inside grains. Simulation of iodine-assisted cracking of zircaloy is proposed. It correctly represents the experimental crack propagation rate, and able to predict the transition form intergranular to transgranular cracking. Numerical aspects of crystal plasticity and the dos model are studied in the framework of large Strains. A series of computations have been performed on copper specimens, where the true 3d structure was available after the pre-existing experiments at the university of leoben, austria
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Vo, Quoc Thang. "Imagerie d'essais mécaniques sur des composites à matrice métallique : contribution expérimentale à la validation de méthodes d'homogénéisation et identification de propriétés mécaniques par phases." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20151/document.
Full textAbstract:
Ce travail vise à étudier un matériau biphasé métallique matrice/inclusion. Une méthode simple est proposée pour évaluer les propriétés élastiques d'une phase si les propriétés de l'autre phase sont connues. La méthode est basée à la fois sur un modèle d'homogénéisation inverse et sur les mesures de champs mécaniques par corrélation d'images numériques 2D. L'originalité de la méthode repose sur l'échelle étudiée, à savoir l'échelle de la microstructure du matériau : la taille caractéristique des inclusions est d'environ quelques dizaines de microns. L'évaluation est réalisée sur des essais de traction uniaxiale standards associés à un microscope longue distance. Cela permet d'observer la surface de l'échantillon à l'échelle de la microstructure au cours de la sollicitation mécanique. Tout d'abord, la précision de la méthode est examinée à partir de champs mécaniques 'parfaits' provenant des simulations numériques pour quatre microstructures : inclusions simples élastiques ou poreux ayant une forme sphérique ou cylindrique. Deuxièmement, cette précision est examinée sur les vrais champs mécaniques provenant des deux microstructures simples : une matrice métallique élasto-plastique contenant un ou quatre micro-trous cylindriques arrangés en un motif carré. Troisièmement, la méthode est utilisée pour évaluer les propriétés élastiques des inclusions de forme arbitraire dans un échantillon Zircaloy-4 oxydé présentant le gainage du combustible d'un réacteur à eau sous pression après un accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). Dans toute cette étude, les phases sont supposées avoir des propriétés isotropesThis work is focused on a matrix/inclusion metal composite. A simple method is proposed to evaluate the elastic properties of one phase while the properties of the other phase are assumed to be known. The method is based on both an inverse homogenization scheme and mechanical field's measurements by 2D digital image correlation. The originality of the approach rests on the scale studied, i.e. the microstructure scale of material: the characteristic size of the inclusions is about few tens of microns. The evaluation is performed on standard uniaxial tensile tests associated with a long-distance microscope. It allows observation of the surface of a specimen on the microstructure scale during the mechanical stress. First, the accuracy of the method is estimated on ‘perfect' mechanical fields coming from numerical simulations for four microstructures: elastic or porous single inclusions having either spherical or cylindrical shape. Second, this accuracy is estimated on real mechanical field for two simple microstructures: an elasto-plastic metallic matrix containing a single cylindrical micro void or four cylindrical micro voids arranged in a square pattern. Third, the method is used to evaluate elastic properties of inclusions with arbitrary shape in an oxidized Zircaloy-4 sample of the fuel cladding of a pressurized water reactor after an accident loss of coolant accident (LOCA). In all this study, the phases are assumed to have isotropic properties
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El, Tahhan Rania. "Interactions entre la sollicitation mécanique en fluage et la réactivité du zirconium et du zircaloy-4 à haute température (de 450°c à 550°C) sous oxygène." Compiègne, 2003. http://www.theses.fr/2003COMP1451.
Full textAbstract:
L'étude porte sur le comportement en fluage du zirconium et du zircaloy-4 préoxydés ou non sous vide et sous oxygène, entre 450ʿC et 550ʿc. L'objectif de ce travail est l'analyse des mécanismes de dégradation des matériaux en température, avec, en particulier, la prise en compte du rôle de la couche superficielle de zircone. Les moyens utilisés pour le travail sont : la sollicitation mécanique en fluage dans une installation d'oxydation sous contrainte, l'analyse à la microsonde nucléaire de l'oxygène 18, l'analyse par émission acoustique, l'analyse XPS, les diverses analyses microscopiques. Parmi les résultats majeurs, la loi de fluage est identifiée de type Norton avec mise en évidence de deux domaines distincts en fonction de la contrainte avec une valeur critique évoluant selon la température, l'atmosphère et la nature du matériau. Le zirconium est le matériau qui se déforme le plus rapidement en fluage avec une fissuration plus intense de sa couche oxydée par rapport à celle du zircaloy-4. La présence de l'oxyde en surface conduit dans le cas des deux matériaux à augmenter la vitesse de déformation en fluage. Grâce à l'émission acoustique effectuée in situ en température, il est apparu que la présence de la couche oxydée conduisait à une activité acoustique plus élevée à 450ʿC et 500ʿC, alors que c'est plutôt à 550ʿC sous vide. De telles différences proviennent de la présence initiale de fissures dans l'oxyde du matériau préoxydé. Au niveau de la réactivité, l'oxyde croît essentiellement par voie interne, avec une forte perturbation dans l'oxyde sous contrainte, en raison de la présence de porosités et de fissures. Dans le cas idéal d'une moindre fissuration (à 450ʿC), une loi de diffusion de l'oxygène a pu être établie.
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Le, Saux Matthieu. "Comportement et rupture de gaines en zircaloy-4 détendu vierges, hydrurées ou irradiées en situation accidentelle de type RIA." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00395361.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est de caractériser et de modéliser le comportement mécanique et la rupture en situation accidentelle d'injection de réactivité de gaines de crayons combustibles en Zircaloy-4 détendu vierges, hydrurées ou irradiées en réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Un modèle est proposé pour décrire le comportement viscoplastique anisotrope du matériau en fonction de la température (de 20°C à 1100°C), la vitesse de déformation (de 3.10-4 s-1 à 5 s-1), la fluence (de 0 à 1026 n.m-2) et des conditions d'irradiation. Le comportement plastique anisotrope et la rupture du matériau non irradié hydruré jusqu'à 1200 ppm est étudié à l'aide d'essais de traction axiale, traction circonférentielle, expansion due à la compression et traction plane circonférentielle réalisés à 25°C, 350°C et 480°C. La résistance mécanique et l'écrouissage dumatériau dépendent de la température et des teneurs en hydrogène en solution solide et en hydrures précipités. L'anisotropie plastique du matériau est peu modifiée par l'hydrogène. A température ambiante le matériau est fragilisé par les hydrures, qui rompent pour des déformations plastiques d'autant plus faibles que la teneur en hydrogène est élevée. La ductilité du matériau, croissante en fonction de la température, n'est pas affectée par l'hydrogène à 350°C et 480°C. Les modes de rupture macroscopiques et les mécanismes d'endommagement diffèrent selon la géométrie des éprouvettes, la température et la teneur en hydrogène. Un modèle de type Gurson est finalement proposé pour représenter le comportement viscoplastique anisotrope et la rupture ductile du matériau en fonction de la température et de la teneur en hydrogène.
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Guipponi, Claire. "Effets de la radiolyse de l'air humide et de l'eau sur la corrosion de la couche d'oxyde du Zircaloy-4 oxydé." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00490984.
Full textAbstract:
Les Colis Standards de Déchets Compactés (CSD-C) sont des déchets issus du retraitement des assemblages de combustibles nucléaires. Ils sont en partie constitués des gaines oxydées de Zircaloy-4. Ces pièces métalliques sont cisaillées avant d'être placées dans un étui en acier et compactées sous forme de galettes. Ces galettes contiennent des traces de produits d'activation, de produits de fission et d'actinides présents à la surface du Zircaloy-4 oxydé. Dans l'hypothèse d'un éventuel stockage en couche géologique profond, le relâchement des radioéléments contenus dans les CSD-C s'effectuerait après l'altération des pièces métalliques par corrosion au contact de l'eau de re-saturation du site. En effet, cette eau, sous forme vapeur lors de l'entreposage (due à l'humidité résiduelle), puis liquide pendant le stockage sera irradiée. L'irradiation provoque le phénomène de radiolyse de l'eau susceptible d'accélérer les processus de corrosion du Zircaloy-4 oxydé. Cette thèse a pour objectifs de comprendre les mécanismes d'altération du Zircaloy-4 oxydé au contact de l'air humide et de l'eau liquide soumis à des rayonnements ionisants. Nous avons choisi de porter notre attention sur l'impact de la radiolyse induite par irradiations protons et par irradiations gamma. Pour cela, différentes atmosphères gazeuses et différents milieux aqueux ont été utilisés. Pour l'atmosphère gazeuse, nous avons fait varier la pression partielle de vapeur d'eau présente dans un mélange représentatif de l'air. Pour l'eau, l'effet de trois compositions de solutions aqueuses sur le comportement du Zircaloy-4 oxydé a été étudié (eau déminéralisée, eau basique et eau simulant l'eau de re-saturation). Nous avons également fait varier l'énergie déposée dans la solution. Deux comportements distincts ont été mis en évidence dans les conditions expérimentales étudiées. La radiolyse de l'air humide donne lieu à des réactions chimiques en surface du Zircaloy-4 oxydé conduisant à la formation du composé Sn3(OH)4(NO3)2 et du complexe [Zr4 (OH)8 (H2 O) 16]8+ . La radiolyse de l'eau augmente la vitesse de dissolution du Zircaloy-4. Ce phénomène semble s'effectuer par formation de l'ion HZrO−3 à la surface de l'oxyde puis par sa mise en solution. Les vitesses de dissolution dépendent des conditions d'irradiations et de la composition initiale de la solution aqueuse. Elles sont de l'ordre de quelques nanomètres par an à quelques micromètres par an.
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Tran, My-Thu. "Caractérisation des microstructures trempées et sélection des variants dans le Zircaloy-4." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2015. http://www.theses.fr/2015EMSE0775/document.
Full textAbstract:
Les alliages de zirconium sont utilisés notamment dans les assemblages de combustible nucléaire pour leur transparence aux neutrons ainsi que pour leur tenue mécanique et leur résistance à la corrosion. La connaissance de leur microstructure et de son évolution est nécessaire pour maîtriser les différents traitements thermomécaniques de la gamme de transformation qui comporte plusieurs trempes depuis le domaine bêta. Cette microstructure présente, à l’issue d’une trempe, des lamelles dites de Widmanstätten. Ces dernières soit se disposent parallèlement entre elles (platelets parallèles), soit se croisent en vannerie. Ces morphologies jouent sur l’étape suivante de filage ; en effet, les platelets parallèles défavorisent la fragmentation des lamelles. Une méthode a été mise en place pour quantifier ces morphologies.Lors de la transformation bêta vers alpha, un grain peut générer 12 orientations alpha (variants). Les paramètres qui influencent leur sélection sont encore peu connus. Le modèle proposé minimise la déformation moyenne lors de la transformation. D’abord analytique, il a été ensuite implémenté numériquement afin d’aborder des effets tels que la relaxation d’Eshelby, l’anisotropie élastique, une contrainte extérieure ou le voisinage. En parallèle, la sélection expérimentale a été quantifiée au moyen original de l’EBSD et des fractions des variants locales dans un ex-grain bêta. La confrontation des résultats expérimentaux avec le modèle a permis de le valider en partie et de déterminer la contrainte de trempe à la surface des éprouvettes ainsi que son effet sur la sélection de variantsZirconium alloys are frequently used in nuclear fuel assemblies. They are chosen for their low neutron absorption, their mechanical properties and their corrosion resistance. A better understanding of the microstructure evolution of these alloys should allow a better control of their process of fabrication. During processing, several quenches, from the beta to the alpha domain take place. The resulting microstructures are lamellar and are called Widmanstätten microstructures. These lamellae are either disposed in parallel or in crisscross and are named “parallel platelets” and “basketweaves”, respectively. These various morphologies have a significant impact on the extrusion; basketweaves facilitate grain fragmentation unlike parallel platelets. In this thesis project, a methodology was developed in order to quantify these morphologies.During the phase transformation, one beta grain can generate 12 different orientations of new alpha grains. The parameters which can influence variants selection are not yet well-known. The model proposed in the present study is based on the minimization of the mean elastic energy of the system during the phase transformation. First results were obtained analytically. Then, additional effects such as the Eshelby relaxation, the elastic anisotropy and the external strain were implemented numerically. In parallel, each alpha variant was quantified within a former beta grain by EBSD analysis. The comparison between the model and the experiments helped to partially validate the model as well as determine the quench strain on the surface of the sample. It was then possible to study the effect of quench strain on the variant selection
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Skocic, Milan. "Etude (photo)-électrochimique en réacteur simulé du phénomène de shadow corrosion des alliages de zirconium." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI015/document.
Full textAbstract:
Des méthodes électrochimiques classiques, et des caractérisations photoélectrochimiques (PEC), utiliséesex-situ et in-situ, ont permis d’étudier le phénomène de Shadow Corrosion, considéré ici comme une corrosion galvanique entre des alliages de zirconium et de nickel, corrosion influencée par l’environnement chimique et l’irradiation de ces alliages. Une cellule électrochimique simulant les conditions d’un réacteur à eau bouillante (REB), permettant l’illumination UV--Visible des échantillons et le contrôle de la chimie de l’eau, a été conçue, développée et validée. Cette cellule a permis de mesurer pour la première fois des spectres en énergie de photocourant d’un alliage de zirconium, in-situ en milieu REB simulé. Par ailleurs, les résultats expérimentaux obtenus tendent à montrer que les impuretés de type cations métalliques jouent un rôle important dans le mécanisme d’activation du couplage galvanique, donc potentiellement dans le mécanisme d’activation du phénomène de Shadow Corrosion, alors que la présence d’oxygène et/ou de peroxyde d’hydrogène n’induit pas de différences significatives du comportement électrochimique des échantillons. Il est montré également que l’illumination UV--Visible des échantillons, qui amplifie notablement les courants de couplage, est un paramètre important du phénomène de Shadow CorrosionConventional electrochemical methods as well as photoelectrochemical characterisations (PEC), performedex-situ et in-situ, were used to study the Shadow corrosion phenomenon, considered as a galvanic corrosion between Zr-based and Ni-based alloys. The Shadow corrosion is influenced by the chemical environment and the irradiation of these alloys. An electrochemical cell , simulating the conditions of a boiling water reactor (BWR), allowing the illumination of the samples with UV--Visible as well as monitoring the water chemistry was designed, developed and validated. The cell allowed, for the first time, recording of emph{in-situ} photocurrent energy spectra on a Zr-based alloy in simulated BWR environment. Furthermore, the obtained experimental results pointed out that the metallic cation impurities played an important role in the activation mechanism of the galvanic coupling, thus potentially in the activation mechanism of the Shadow corrosion phenomenon, whereas the presence oxygen and/or hydrogen peroxide did not induce significant differences in terms of electrochemical behavior of the samples. It was also shown that the illumination of the sample with UV--visible light, which significantly amplified the galvanic current, is an important parameter of the Shadow corrosion phenomenon
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Torres, Elodie. "Spécificités de la mobilité de l'oxygène et de l'hydrogène dans le Zircaloy-4 en condition APRP et conséquences mécaniques." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI077.
Full textAbstract:
Les différentes études menées pour comprendre la phénoménologie d’un APRP ont montré que l’hydrogène et l’oxygène jouent un rôle important sur le comportement des crayons de combustible et en particulier leur fragilisation à la fin de l’accident. L’objectif de cette thèse était de clarifier les effets combinés de l’oxygène et de l’hydrogène à 1200°C et d’identifier les mécanismes essentiels gouvernant leur mobilité. La première partie de la thèse a consisté à faire un état des lieux des mécanismes d’adsorption et de diffusion observés à basse température afin de proposer un modèle décrivant la cinétique de chargement en hydrogène par voie gazeuse à 420°C grâce à une modélisation couplée des échanges solide/gaz et de la mobilité de l’hydrogène en solution solide. Au cours de l’oxydation haute température sous vapeur d’eau à 1200°C, une ségrégation chimique des éléments a été observée. L’oxygène et l’hydrogène présentent une distribution complexe dans l’épaisseur de la gaine. L’hydrogène a une forte affinité avec la phase ex-β et les joints de grains α/β. Les cartographies ERDA ont montré un enrichissement en hydrogène autour des inclusions dont la présence massive d’hydrures a été confortée par les observations microscopiques MET. La diffusion de l’oxygène dans le domaine biphasé α+β par les codes existants nécessite quelques améliorations pour bien décrire les résultats expérimentaux. Les apports essentiels de cette thèse ont donc consisté à déterminer les paramètres clés qui gouvernent sa diffusion dans le domaine α+β. Un nouveau modèle a été spécialement conçu pour déterminer les mécanismes de diffusion de l’oxygène. Ce modèle, validé à 1200°C, est basé sur le fait que la diffusion de l’oxygène est régi par la croissance des inclusions et donc par la fraction de phase alpha(O). L’analyse des essais mécaniques a également montré une fragilisation du matériau par un effet conjoint de l’hydrogène et de l’oxygèneThe various studies carried out to understand the phenomenology of an APRP have shown that hydrogen and oxygen play an important role in the behavior of fuel rods and in particular their embrittlement at the end of the accident. The aim of this thesis was to clarify the combined effects of oxygen and hydrogen at 1200 ° C and to identify the essential mechanisms governing their mobility. The first part of the thesis was to take stock of the adsorption and scattering mechanisms observed at low temperature in order to propose a model describing the hydrogen gas loading kinetics at 420 ° C thanks to coupled modeling. solid / gas exchanges and the mobility of hydrogen in solid solution. During the high temperature oxidation under water vapor at 1200 ° C, chemical segregation of the elements was observed. Oxygen and hydrogen have a complex distribution in the thickness of the sheath. Hydrogen has a strong affinity with the ex-β phase and the α / β grain boundaries. ERDA mappings showed hydrogen enrichment around inclusions whose massive presence of hydrides was reinforced by the TEM microscopic observations. The diffusion of oxygen in the two-phase α + β domain by the existing codes requires some improvements to describe the experimental results. The essential contributions of this thesis consisted in determining the key parameters that govern its diffusion in the α + β domain. A new model has been specially designed to determine the mechanisms of oxygen diffusion. This model, validated at 1200 ° C, is based on the fact that the diffusion of oxygen is governed by the growth of inclusions and therefore by the alpha phase fraction (O). The analysis of the mechanical tests also showed a weakening of the material by a joint effect of hydrogen and oxygen
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Carlot, Gaëlle. "Diffusion de l'iode dans le zirconium : influence des éléments d'alliage et de l'hydruration." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001402.
Full textAbstract:
La France envisage un entreposage à sec des crayons de combustible usé et non recyclé. Des études sont nécessaires pour déterminer la sûreté d'un tel entreposage. C'est dans ce cadre que ce travail de thèse s'inscrit. Il est centré sur les propriétés de rétention de la gaine en Zircaloy-4 vis-à-vis de l'iode et sur la détermination de données thermodynamiques qui permettent une extrapolation aux conditions d'entreposage (T$<$400$^°$C) des résultats obtenus à des températures plus élevées. Nous réalisons tout d'abord une étude fondamentale pour déterminer le comportement thermique de l'iode dans le zirconium. L'iode stable $^{127}$I et l'iode radioactif $^{131}$I sont introduits par implantation ionique dans les différents matériaux. Les évolutions des profils d'analyse par faisceau d'ions pour l'iode stable et par spectroscopie $\gamma$ pour l'iode radioactif. Nous mettons en évidence deux phases de relâchement de l'iode lors des recuits: une phase rapide liée certainement aux défauts d'irradiation puis une phase diffusionnelle caractéristique d'une diffusion substitutionnelle. Pour conforter cette conclusion, nous réalisons une étude théorique par calculs {\it ab-initio} pour déterminer le site d'accueil préférentiel de l'iode dans le réseau hexagonal compact du zirconium qui se révèle être un site substitutionnel. Dans le but de nous rapprocher du contexte industriel, nous menons en parallèle la même étude expérimentale sur du Zircaloy-4. Ce qui nous permet de montrer que l'iode à le même comportement dans le Zircaloy-4 que dans le zirconium. Les gaines étant hydrurées en entreposage, nous étudions également l'influence de la présence d'hydrure sur le comportement thermique de l'iode. Nous mettons en évidence qu'elle accélère la migration de l'iode et conduit à des taux de perte plus importants.
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Ben, Ammar Yamen. "Traitements thermomécaniques des colonies de lamelles parallèles du Zircaloy-4 trempé-β." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00849217.
Full textAbstract:
Le Zircaloy-4 utilisé comme matériau de gainage des combustibles nucléaires est trempé β puis filé sur aiguille dans le haut domaine α. La microstructure de trempe, qui conditionne les opérations de mise en forme ultérieures, se présente sous deux formes : vannerie ou colonies de lamelles parallèles. Ces dernières se fragmentent difficilement lorsqu'elles sont normales à l'effort de compression. La thèse étudie trois aspects de ce phénomène. Le premier concerne les conditions de trempe : temps d'homogénéisation dans le domaine β et vitesse de refroidissement. Une adaptation au Zircaloy-4 de l'essai Jominy montre que ces deux paramètres ont une influence décisive sur la taille des colonies (par l'intermédiaire de la taille des grains β) et sur l'épaisseur des lamelles. Le second présente des essais de compression selon trois directions orthogonales. La troisième passe fragmente les colonies qui ont résisté aux deux autres et affine sensiblement la microstructure. A 750°C en particulier, un cycle de trois passes permet d'obtenir des grains de 30 µm ; mais les meilleurs résultats sont obtenus à 650°C (grains de 17 µm) et à grande vitesse de déformation (grains de 10 µm).Dans le troisième, un modèle de plasticité cristalline tridimensionnel implémenté dans le code d'éléments finis ABAQUS simule le comportement des lamelles sous l'effet de la contrainte. Il prend en compte leur orientation cristallographique en plus de leur morphologie. Dans la plupart des cas, les lamelles s'incurvent dès le début de la déformation macroscopique du matériau, ce qui induit des localisations de la déformation.
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Hellouin, de Menibus Arthur. "Formation de blisters d'hydrures et effet sur la rupture de gaines en Zircaloy-4 en conditions d'accident d'injection de réactivité." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0068/document.
Full textAbstract:
Ce travail vise à étudier la rupture du gainage avec des essais mécaniques plus représentatifs des conditions RIA, en prenant en compte les blisters d'hydrures ainsi que le niveau élevé de biaxialité du chargement mécanique et des vitesses de déformation. Nous avons formé par thermodiffusion en laboratoire des blisters similaires à ceux observés sur des gaines de Zircaloy-4 irradiées en réacteur. Les caractérisations par métallographie, nanodureté, DRX et ERDA ont montré qu'un blister est constitué d'hydrures delta dont la concentration dans la matrice varie entre 80% et 100%, et que la matrice sous-jacente contient des hydrures radiaux. Nous avons modélisé la cinétique de croissance des blisters avec l'hystérésis de la limite de solubilité de l'hydrogène,puis défini le gradient thermique seuil permettant leur formation. Notre étude sur le comportement dilatométrique du zirconium hydruré montre le rôle important de la texture cristallographique du matériau, ce qui peut expliquer des différences de morphologie des blisters. En parallèle, des essais suivis par caméra infrarouge ont montré que des vitesses de déformation supérieures à 0,1/s induisent des échauffements locaux importants qui favorisent la localisation précoce de la déformation. Enfin, nous avons optimisé l'essai d'Expansion Due to Compression pour atteindre un niveau de biaxialité de déformation plane (essais HB-EDC et VHB-EDC), ce qui réduit fortement la déformation à rupture à 25°C et 350°C, mais seulement en l'absence de blisters. Un critère de rupture est proposé pour rendre compte de la baisse de ductilité des gaines en Zircaloy-4 non irradiées en présence de blistersOur aim is to study the cladding fracture with mechanical tests more representative of RIA conditions, taking into account the hydrides blisters, representative strain rates and stress states. To obtain hydride blisters, we developed a thermodiffusion setup that reproduces blister growth in reactor conditions. By metallography, nanohardness, XRD and ERDA, we showed that they are constituted by 80% to 100% of delta hydrides in a Zircaloy-4 matrix, and that the zirconium beneath has some radially oriented hydrides. We modeled the blister growth kinetic taking into account the hysteresis of the hydrogen solubility limit and defined the thermal gradient threshold for blister growth. The modeling of the dilatometric behavior of hydrided zirconium indicates the important role of the material crystallographic texture, which could explain differences in the blister shape. Mechanical tests monitored with an infrared camera showed that significant local heating occurred at strain rates higher than 0.1/s. In parallel, the Expansion Due to Compression test was optimized to increase the biaxiality level from uniaxial stress to plane strain (HB-EDC and VHB-EDC tests). This increase in loading biaxiality lowers greatly the fracture strain at 25°C and 350°C only in homogeneous material without blister. Eventually, a fracture criterion of unirradiated Zircaloy-4 cladding tube taking into account the blister depth is proposed
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Turque, Isabelle. "Effet de fortes teneurs en hydrogène sur les propriétés métallurgiques et mécaniques des gaines en alliage de zirconium après incursion à haute température." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM066/document.
Full textAbstract:
En conditions hypothétiques d’accident par perte de réfrigérant primaire, la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée peut être temporairement exposée à de la vapeur d’eau à haute température (jusqu’à 1 200°C) avant d’être refroidie puis trempée à l’eau. Dans certaines conditions, après éclatement, la gaine peut absorber une quantité très importante d’hydrogène (hydruration secondaire), pouvant atteindre 3 000ppm mass. localement, lors du maintien sous vapeur d’eau à haute température.Cette étude porte sur l’effet, peu étudié jusqu’alors, de fortes concentrations en hydrogène sur les caractéristiques métallurgiques et mécaniques de deux alliages de zirconium, le Zircaloy-4 et le M5®, au cours et après refroidissement depuis le domaine des hautes températures, auxquelles le zirconium est en phase β. Un protocole a été mis au point afin de charger en hydrogène, de manière homogène jusqu’à ~3 000ppm-mass., des tronçons de tube de gainage de plusieurs centimètres de long. Les transformations de phases, la ségrégation des éléments chimiques et la précipitation des hydrures lors du refroidissement depuis le domaine d’existence de la phase β du zirconium ont été étudiées, pour les matériaux contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne, au moyen de différentes techniques : diffraction de neutrons in-situ en cours de refroidissement depuis 700°C, diffraction de rayons X, µ-ERDA, et microscopie électronique notamment. Les résultats ont été confrontés à des prévisions thermodynamiques. Puis, pour étudier l’effet de fortes teneurs en hydrogène sur le comportement mécanique de la phase (ex-)β du zirconium, des essais de traction axiale ont été effectués à différentes températures entre 20 et 700°C, au cours du refroidissement depuis le domaine de phase β, sur des échantillons contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne. Les résultats montrent que les propriétés métallurgiques et mécaniques de la phase (ex-)β des alliages de zirconium dépendent fortement de la température et de la teneur en hydrogèneUnder hypothetical loss-of-coolant accident conditions, fuel cladding tubes made of zirconium alloys can be exposed to steam at high temperature (up 1 200°C) before being cooled and then quenched in water. In some conditions, after burst occurrence the cladding can rapidly absorb a significant amount of hydrogen (secondary hydriding), up to 3 000wt.ppm locally, during steam exposition at HT.The study deals with the effect, poorly studied up to date, of high contents of hydrogen on the metallurgical and mechanical properties of two zirconium alloys, Zircaloy-4 and M5®, during and after cooling from high temperatures, at which zirconium is in its β phase. A specific facility was developed to homogeneously charge in hydrogen up to ~3 000wt.mass. cladding tube samples of several centimeters in length. Phase transformations, chemical element partitioning and hydrogen precipitation during cooling from the β temperature domain of zirconium were studied by using several techniques, for the materials containing up to ~3 000wt.ppm of hydrogen in average: in-situ neutron diffraction upon cooling from 700°C, X-ray diffraction, µ-ERDA, EPMA and electron microscopy in particular. The results were compared to thermodynamic predictions. In order to study the effect of high hydrogen contents on the mechanical behavior of the (prior-)β phase of zirconium, axial tensile tests were performed à various temperatures between 20 and 700°C upon cooling from the β temperature domain, on samples with mean hydrogen contents up to ~3 000ppm-mass.The results show that metallurgical and mechanical properties of the (prior-)β phase of zirconium alloys strongly depend on temperature and hydrogen content
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Lasserre-Gagnaire, Marina. "Modélisation des phénomènes de corrosion du Zircaloy-4 sous mélanges oxygène-azote à haute température." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00949122.
Full textAbstract:
Les gaines de zircaloy-4, assurent la première barrière de confinement des combustibles des Réacteurs à Eau Pressurisée. Plusieurs situations accidentelles au cours desquelles les gaines de crayons combustibles sont exposées l'air à haute température ont été envisagées. L'azote généralement utilisé en tant que gaz inerte, joue un rôle primordial lorsqu'il est combiné à l'oxygène à haute température. Les courbes cinétiques obtenues par la technique de thermogravimétrie révèlent la présence de deux domaines cinétiques : le domaine pré-transitoire et le domaine post-transitoire. Durant le domaine post-transitoire, la vitesse de corrosion augmente. Les images obtenues en microscopie optique révèlent l'existence de régions corrodées caractérisées par une couche de zircone poreuse et par la présence de précipités de nitrure de zirconium (ZrN) à l'interface métal - oxyde. La corrosion des plaquettes de Zy4 à 850°C sous mélanges oxygène - azote a été étudiée durant le domaine post-transitoire. Trois réactions successives permettent d'expliquer la présence des différentes phases. Ainsi, la dégradation catastrophique du métal est due à la progression auto-catalysée par ZrN du front de croissance des zones attaquées.Les hypothèses de modélisation ont été validées durant le domaine post-transitoire. L'étape déterminante a été identifiée. La réaction d'interface externe du mécanisme d'oxydation des précipités de ZrN impose sa vitesse aux autres étapes du mécanisme de croissance des régions corrodées. Par analogie avec les modèles de germination - croissance utilisés dans le cadre de la transformation thermique des poudres, nous avons pu décrire l'évolution des zones attaquées.
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Macdonald, Vincent. "Détermination d’un critère de rupture des gaines de Zircaloy-4 détendu hydruré contenant un blister d’hydrures, en conditions d’accident d’injection de réactivité." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM038/document.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur la détermination d’un critère de rupture des gaines de combustible de Zircaloy-4 détendu hydruré contenant un blister d’hydrures, en conditions accidentelles représentatives d’un accident d’injection de réactivité. Deux plages de comportement différentes en fonction de la température ont clairement été mises en évidence grâce à l’étude bibliographique, aux différentes campagnes d’essais mécaniques et aux analyses des faciès de rupture des éprouvettes rompues : une rupture de type fragile pour la gaine à 25°C et une rupture ductile à 350°C.A 25°C, la rupture fragile a été traitée par une analyse globale en mécanique élasto-plastique de la rupture. A partir des essais mécaniques effectués à 25°C sur les gaines contenant des blisters, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées avec le code CAST3M. Des calculs d’intégrales-J en pointe de fissure ont alors permis d’identifier un critère de rupture en ténacité moyenne de 13,8 +/- 3,1 MPa.m1/2.A 350°C, une campagne d’essais biaxés de type pression interne couplée à la traction axiale a été réalisée sur des tronçons de Zircaloy-4 contenant des blisters, à des biaxialités des contraintes représentatives du RIA. Il a été montré que la rupture de la gaine, avec et sans blister, avait lieu de façon ductile, que la déformation diamétrale à rupture de la gaine diminuait lorsque la profondeur de blister augmentait, et que la biaxialité des contraintes n’avait pas d’effet sur la rupture des gaines contenant un blister suffisamment profond.Un modèle d’endommagement ductile couplé à la plasticité, basé sur un formalisme de type GTN, a été utilisé. Afin d’améliorer la description de l’endommagement des gaines de Zircaloy-4, une nouvelle source de germination de porosités liée au paramètre de Lode a été intégrée dans le modèle. L’évaluation de la triaxialité des contraintes et du paramètre de Lode dans les simulations numériques de la rupture ductile des gaines à 350°C a notamment permis de comprendre certaines tendances expérimentalesThis study deals with the determination of a fracture criterion for hydrided, cold worked and stress relieved Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blister, during a reactivity initiated accident. Two types of fracture profiles were identified, depending on the temperature, thanks to a bibliographical study, mechanical tests and fracture profiles analysis : brittle fracture at 25°C, and ductile fracture at 350°C.At 25°C, brittle fracture was studied by a global analysis in elasto-plastic fracture mechanic. Numerical simulations were performed by a finite element method with the CAST3M code, based on mechanical tests on fuel cladding tubes with blisters. Crack tip J-integral calculations were carried out to identify a mean fracture toughness of 13,8 +/- 3,1 MPa.m1/2.At 350°C, internal pressure combined to axial tensile tests were performed on Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blisters, at stress biaxialities corresponding to those of a RIA. It was observed a ductile fracture for tubes with and without blister. It was shown that hoop strain at failure decreases when blister thickness increases, and that stress biaxiality has no effect on cladding tubes bearing a thick blister. A ductile fracture model based on the GTN model was employed and a nucleation of voids due to shear stress was introduced, based on the Lode parameter. Stress triaxiality and Lode parameter were assessed in numerical simulations to understand some experimental observations
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Françon, Virginie. "Corrosion sous contrainte par l’iode des alliages de zirconium : étude des paramètres critiques pour l’amorçage intergranulaire et la transition inter/transgranulaire." Thesis, Lyon, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAL0046.
Full textAbstract:
La corrosion sous contrainte par l’iode (CSC-I) est l’un des mécanismes de rupture potentiels des crayons combustibles en alliage de zirconium, pouvant intervenir au cours des transitoires de puissance des réacteurs nucléaires. La fissuration par CSC-I comporte trois étapes : amorçage de la fissure, développement intergranulaire puis propagation transgranulaire. Le but du travail est d’identifier des paramètres critiques gouvernant les transitions entre ces différentes étapes. En premier lieu, des essais sur des éprouvettes en Zircaloy présentant des finitions de surface et des états métallurgiques variés permettent de discriminer l’influence de différents paramètres sur l’amorçage des fissures. Nous mettons en évidence le rôle critique du niveau des contraintes résiduelles, de leur répartition en surface ainsi que de leur profil au sein du matériau. La sensibilité des alliages à l’amorçage des fissures n’est pas directement corrélée à la rugosité de la surface. Cependant, la dispersion des paramètres de rugosité traduit l’irrégularité du profil, l’hétérogénéité du niveau des contraintes résiduelles, et donc l’existence de zones où les contraintes résiduelles sont localement moins protectrices. Dans un second temps, des éprouvettes de Zircaloy-4 possédant différents états d’écrouissage sont sollicitées sous charge constante, en présence de méthanol iodé. Les modifications microstructurales induites par l’écrouissage favorisent l’apparition de la propagation transgranulaire des fissures de CSC-I. Des observations des faciès de rupture en MET révèlent que la transition inter/transgranulaire intervient dans des zones où les grains sont fortement désorientés les uns par rapport aux autres, suite à l’augmentation des contraintes locales résultant des incompatibilités de déformation grain à grainIodine-induced stress corrosion cracking (I-SCC) is one of the potential failure modes of zirconium alloy fuel claddings during power transients in nuclear reactors. I-SCC failures are usually described in three steps: initiation of cracks, intergranular development and transgranular propagation. The objective of this work is to identify critical parameters controlling transitions between crack propagation modes. First of all, experiments conducted on Zircaloy samples with various surface conditions and metallurgical states lead to discriminate the influence of several parameters responsible for cracks initiation. The critical role of residual stresses level, their distribution at the subsurface and their evolution in the bulk of the material is evidenced. Sensitivity to I-SSC is not directly correlated to surface roughness. However, dispersion in roughness parameters indicates the presence of surface irregularities, heterogeneities of residual stresses and the existence of surface areas where residual stresses are less protective. In a second step, Zircaloy-4 samples with various strain-hardening pre-treatments are submitted to constant load tests in an iodine methanol solution. Microstructural modifications induced by a strain-hardening pre-treatment enhance transgranular propagation of I-SCC cracks. TEM observations of fracture surfaces show that the intergranular to transgranular crack transition takes place preferentially where the relative crystallographic orientation is large between two adjacent grains, because of local stress concentrations resulting from strain incompatibilities between neighbouring grains