La décarbonation de l’industrie imposr une électrification massive de nos sociétés. Cela implique le développement des énergies renouvelables et celui de l’énergie nucléaire. Framatome est pleinement engagé dans ce processus avec le développement de nouveaux réacteurs. Un point crucial concerne le maintien des assemblages de combustible au sein de l’enceinte pressurisée. Ces derniers sont constitués d’une multitude de crayons assemblés à l’aide de grilles alvéolaires. Le maintien des crayons est assuré par un système de supports permettant l’insertion des crayons. Plongés dans la cuve et soumis au débit du caloporteur, les crayons subissent des vibrations induites par les écoulements turbulents. Ces vibrations engendrent des micro-glissements alternés (fretting) qui usent les contacts crayon/grille. Ces usures peuvent induire une perte de fonctionnalité de l’assemblage voire le percement des gaines qui confinent l’uranium. Pour limiter ces usures, il est essentiel de modéliser la cinétique d’usure de ces contacts. Pour cela une collaboration de recherche, combinant expérimentations et simulations est mise en place entre le groupe Framatome et le Centre Des Matériaux des Mines de Paris.

L’objectif de cette thèse est de développer un modèle pour prédire la cinétique d’usure sous sollicitations variables de type fretting-impact pour un contact représentatif des interactions grille/crayon.
Après une bibliographie approfondie, le doctorant analysera le spectre de chargement issu d’essais instrumentés. Un trajet de chargement représentatif sera ainsi établi. Une première étape consistera à reproduire sur un banc laboratoire disponible au CDM les sollicitations imposées sur un contact grille/crayon représentatif en eau borée à température ambiante. Une campagne expérimentale permettra de quantifier l’évolution de la cinétique d’usure en fonction des énergies d’impact et de glissement imposées dans l’interface. Un modèle d’usure hybride « impact-glissement » sera ainsi développé. Cette recherche axée sur la quantification du volume d’usure sera par la suite étendue pour simuler l’évolution de la profondeur d’usure en transposant le modèle « hybride » au sein d’un code d’usure numérique FEM (Abaqus). Une fois ce modèle recalé sur des essais expérimentaux discriminants, une seconde partie de ce travail consistera à transposer ce modèle « hybride » pour des chargements aléatoires de glissement et d’impact. Il s’agit ici d’un aspect novateur dans le domaine de la tribologie.
Cette extension du modèle sera challengée en comparant les simulations vis-à-vis d’essais réalisés sous sollicitations aléatoires sur le banc du CDM. Une fois la démarche validée, le modèle sera appliqué pour simuler des expérimentations sur un banc technologique développé par « Framatome » (contact tube /grille réel soumis à des vibrations). Si la corrélation s’avère pertinente pour des températures ambiantes (équivalence avec le banc CDM), un travail d’extrapolation sera engagé.

Ingénieur(e) en mécanique et/ou matériaux motivé(e) par la conduite et l'analyse d’essais expérimentaux ainsi que par le développement de modélisations sur l’usure des matériaux codes FEM (programmation Python & Matlab).