Modélisation de l'endommagement intergranulaire des gaines de combustibles en condition d'interaction pastille-gaine

Résumé
Au cours des rampes de puissance, les gaines en Zircaloy-4 des crayons combustibles des réacteurs REP (Réacteurs à Eau Pressurisée) sont susceptibles de s'endommager. Un phénomène de corrosion sous contrainte par les produits de fission, et l'iode en particulier, a pu être identifié. L'endommagement résulte d'une importante sollicitation mécanique locale due au poinçonnement de la gaine par les pastilles d'oxyde d'uranium conjuguée à un effet surfacique d'une espèce agressive. Les forts gradients des sollicitations mécaniques et chimiques nécessitent la mise en place d'une modélisation couplée à l'échelle du grain. A cette échelle, la modélisation de multicristaux avec un modèle de plasticité cristalline permet d'obtenir des niveaux d'hétérogénéités des contraintes et des déformations intergranulaires mais également transgranulaires. Les simulations de microstructures représentatives montrent ainsi que les contraintes aux joints de grains peuvent atteindre 2 à 3 fois la contrainte moyenne dans le multicristal. D'autre part, une technique de calculs faiblement couplés, a été utilisée pour modéliser l'endommagement mécano-chimique du Zircaloy, en se fondant le plus possible sur une description adaptée des phénomènes physiques. Deux mécanismes assez différents sont présentés, un endommagement par microcavitation intergranulaire, et un endommagement induit par la formation d'une phase fragile.