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[POURVU] Développement de méthodes et d'analyses pour l'étude de la ténacité sur petites éprouvettes

[POURVU] Développement de méthodes et d'analyses pour l'étude de la ténacité sur petites éprouvettes

Development of methods and analyzes for the study of toughness on small specimens

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

BESSON Jacques

Co-encadrant

GARNIER Jérôme

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactJacques BESSON
Date de validité

01/10/2020

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Mécanique, Matériaux

mechanical, materials

Résumé

Le CEA est un acteur majeur du développement des réacteurs nucléaires de IVième génération au plan national et international. Fort du retour d'expérience Français (Phénix et SuperPhénix), parmi les différents concepts, les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium continuent d'occuper une place privilégiée. Ces réacteurs permettent une meilleure gestion de la ressource uranium et limite la production de déchet ultime.
Du fait de la longue durée de vie et de la forte épaisseur des structures de l'industrie nucléaire, et afin de garantir l'intégrité des structures, la communauté effectue de nombreuses caractérisations sur de la mécanique de la rupture via la réalisation d'essais de ténacité sur des éprouvettes pré-fissurées. Malgré le coût et la difficulté de réalisation de ces essais, ceux-ci complètent les essais conventionnels de résilience en donnant des grandeurs directement utilisables pour le dimensionnement.
Pour obtenir ces mesures de ténacité du matériau, il est souvent nécessaire d'utiliser des éprouvettes de la plus grande dimension possible afin d'assurer des conditions de mécaniques proche ou de sévérité enveloppe de celle de la structure en garantissant lors de l'essai les conditions de confinement plastique permettant de vérifier les conditions de validité de l'essai.
Néanmoins, il n'est pas toujours possible et même souhaitable de prélever des éprouvettes de grandes dimensions pour plusieurs raisons : i) coût de la matière, ii) quantité de matière disponible, iii) nécessité d'avoir un nombre suffisant d'essais pour avoir une bonne statistique, iv) épaisseur du produit trop faible, v) hétérogénéité de la microstructure héritée du processus de fabrication. La maitrise des essais de ténacité sur des éprouvettes de dimension réduite est donc un enjeu majeur pour la validation des matériaux des nouvelles filières.
De par sa bonne tenue à la corrosion et sa résistance au fluage, l'acier inoxydable austénitique 316L(N) est un bon candidat pour la fabrication des principaux composants. L'acier 316L(N) possède une limite d'élasticité modérée mais un écrouissage et une ténacité très importantes. Cet acier constitue donc un cas enveloppe pour la problématique de miniaturisation des éprouvettes.
L'arrêté ESPN impose de garantir que les alliages soient ductiles et tenaces durant l'ensemble de la durée de fonctionnement. A l'état de réception, ces deux alliages présentent de très bonnes propriétés en ténacité. A la température de service, la microstructure des aciers évolue et les propriétés mécaniques s'en trouvent modifiées. La vérification qu'une ténacité suffisante est obtenue durant toute la durée de fonctionnement est à la base de la démonstration d'intégrité en condition incidentelles ou accidentelles.

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Contexte

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Encadrement

Directeur de thèse : J. Besson (Mines de Paris)
Encadrants : J. Garnier, B. Marini (CEA SRMA)
Lieu : CEA (Saclay) et Centre des Matériaux (Evry)

Domaine(s)

Mécanique, Matériaux

Profil candidat

Pour être admis en doctorat, le candidat doit être titulaire d'un diplôme national de master ou d'un autre diplôme conférant le grade de master (diplôme d'ingénieur, diplôme étranger équivalent…), à l'issue d'un parcours de formation établissant son aptitude à la recherche.

Les candidats seront sélectionnés après entretien devant un jury évaluant leur aptitude à la recherche et l'adéquation de leur formation et connaissances avec le sujet de thèse proposé. De solides connaissances scientifiques, une première expérience en recherche (stage 4 mois minimum), une forte motivation pour la recherche, un bon niveau en anglais seront exigés (minimum B2).

Le dossier de candidature doit comporter :
- une lettre de motivation comportant le projet professionnel du candidat
- un curriculum vitae détaillé mentionnant études, stages de recherche effectués, diplômes avec date d'obtention, expérience professionnelle, axes de recherche envisagés
- un relevé de notes du cursus antérieur (cycle ingénieur et/ou master)
- une ou plusieurs lettres de recommandation...
- une attestation du niveau d'anglais.
pour un étudiant non francophone, un niveau A2/B1 en français (référentiel européen) est recommandé à son entrée en doctorat
- pour les étudiants non titulaires d'un diplôme national de master recherche, tous documents attestant les qualifications de l'étudiant en matière de formation par la recherche (attestations stages de recherche avec résumé du mémoire, recommandations, publications…)
- une copie de carte d'identité ou passeport

Les pièces au format pdf sont à
recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

SEULES LES CANDIDATURES ADRESSÉES PAR E-MAIL SERONT PRISES EN COMPTE

To be admitted to a doctorate, the candidate must hold a national master's degree or another diploma conferring the master's degree (engineering diploma, equivalent foreign diploma, etc.), following a course of training establishing his research aptitude.
Applicants will be selected after interview before a jury assessing their research aptitude and the adequacy of their training and knowledge with the proposed thesis subject. Strong scientific knowledge, a first research experience (internship 4 months minimum), a strong motivation for research, a good level in English will be required (minimum B2).
The application must include:
• a motivation letter including the candidate's professional project
• a detailed curriculum vitae mentioning studies, research internships carried out, diplomas with date obtained, professional experience, research axes envisaged
• a transcript of marks from the previous course (engineer and / or master cycle)
• one or more letters of recommendation ...
• a certificate of English level.
• for a non-French speaking student, an A2 / B1 level in French (European standard) is recommended when entering a doctorate
• for students who do not hold a national research masterÂ's diploma, all documents attesting to the studentÂ's qualifications in research training (research internship certificates with summary of the dissertation, recommendations, publications, etc.)
• a copy of identity card or passport

The documents in pdf format must be sent to recruitment_these@mat.mines-paristech.fr no

ONLY THE APPLICATIONS ADDRESSED BY E-MAIL WILL BE TAKEN INTO ACCOUNT

Objectif

Objectif général :
Etablir une méthodologie permettant la caractérisation de ténacité d'un matériau de faible épaisseur avant et après un vieillissement thermique.

Objectifs appliqués et démarche :
Cette étude est de caractère générique et a donc comme objectif principal le développement et la mise œuvre de méthodes expérimentales et d'analyses pour la détermination de la ténacité sur des petites éprouvettes. Cette méthodologie sera appliquée à l'acier 316L(N) à l'état neuf et vieilli. Ce matériau a été approvisionné sous forme de produits épais permettant de prélever à la fois des éprouvettes de grandes et de petites dimensions. Des vieillissements thermiques accélérés permettront de simuler les conditions en service jusqu'à des durées de fonctionnement de 60 ans.
Pour atteindre l'objectif global, il sera nécessaire d'utiliser les essais et les simulations afin de questionner les limites de validités des normes, et la compétition entre les modes de ruine par déchirure ductile et par instabilité plastique.
Le lien entre microstructure et propriété mécanique sera à la base du développement méthodologique et du modèle. L'identification des mécanismes élémentaires et de la séquence d'endommagement sera indispensable afin de consolider les paramètres matériaux de la loi d'endommagement à base physique utilisant l'approche locale de la rupture. Cela nécessite, en premier lieu, la mise en œuvre de moyens de caractérisation métallurgique des microstructures et des mécanismes d'endommagement et de rupture comme les examens en microscopie électronique et l'analyse cristallographique (EBSD). Le comportement et la résistance à la rupture seront caractérisés avec des éprouvettes présentant des tri-axialités différentes. Des simulations par la méthode des éléments finis, utilisant des lois de comportement & endommagement couplées, basées sur l'approche locale de la rupture, seront également mises en œuvre pour appréhender les conditions mécaniques régnant dans les différentes géométries d'éprouvettes considérées. Ces simulations serviront à l'optimisation de la méthodologie sur la base des mécanismes identifiées. Enfin, la validation des méthodes développées sera réalisée sur un acier ferritique qui présente un comportement plastique différent de celui de l'acier type 316L.

Références

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Type financement

Contrat de recherche

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