Les alliages de zirconium-niobium de type Zr-1%Nb sont largement utilisés comme matériaux de structure (gainages, tube-guides, grilles) des assemblages de combustible utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisées (REP). Ils présentent des caractéristiques mécaniques adaptées à leur usage et une bonne résistance vis-à-vis de la corrosion en milieu primaire.  Le Niobium est pour une bonne part, présent sous forme de précipités nanométriques (dits b-Nb et phase de Laves Zr(NbFe)2), et pour le reste, en solution solide dans la matrice de zirconium. Ces alliages subissent cependant une évolution de leur microstructure en service, sous l’effet des irradiations. En effet, le Nb initialement en solution solide tend à précipiter sous forme de fines aiguilles nanométriques. Cette modification microstructurale bien documentée, conduit à un appauvrissement du Nb en solution solide qui réduit la cinétique de corrosion de l’alliage. La relation entre l’évolution de la teneur en Nb, l’évolution microstructurale et la cinétique de corrosion est peu documentée. Un seul modèle cinétique est proposé dans la littérature.

En conséquence l’objectif des travaux proposés vise en une meilleure compréhension du rôle du niobium sur la microstructure et sa contribution dans les mécanismes et la cinétique de corrosion des alliages en conditions représentatives des milieux primaires. L’attention sera portée sur l’effet de la teneur globale en Nb et son corollaire : la répartition et la composition des précipités riches en Nb, sur les cinétiques contrôlant les phénomènes d’oxydation.

Dans ce but, les étapes suivantes seront entreprise durant la thèse :

-          Caractérisation de l’influence du Nb sur le transport (migration/diffusion) de l’oxygène dans la couche d’oxyde. Seront mis en œuvre entre autre des expositions en autoclave avec des traceurs isotopiques (en relation avec le CEA Saclay) couplées à des mesures électrochimiques par spectroscopie d’impédance ; qui de surcroit donneront des informations quantitatives sur les propriétés semiconductrices des films d’oxyde et sur les cinétiques réactionnelles.

-          Localisation du Nb dans les couches d’oxyde à partir de caractérisations par sonde atomique tomographique et microscopie en transmission, ainsi que son état d’oxydation par photoélectrochimie.

-          Compréhension de l’influence du Nb sur la microstructure des couches d’oxyde (composition, morphologie, microstructure, état de contraintes) à partir d’analyses MET, XRD rasants.

-          Enfin, développement d’un modèle d’entretien du film d’oxyde sur la base de modèles existants, type PDM par exemple.

La thèse se déroulera de manière équilibrée entre le laboratoire MATEIS de l’INSA Lyon (69) et le Centre Technique de Framatome au Creusot (71).

Le/la candidat/te sera diplômé/e d'un BAC +5.

Des compétences en science des matériaux (principalement en métallurgie et corrosion), en caractérisations fines (MEB , MET) et idéalement en électrochimie sont recherchées.

Les qualités requises pour cette thèse sont la rigueur, le sens de l’analyse, la prise de décision et l’autonomie.