Contexte de la thèse

Framatome souhaite développer de nouveaux réacteurs nucléaires plus sûrs et durables. Un enjeu majeur concerne le contrôle des réactions dans le milieu primaire des réacteurs à eau pressurisée (REP), assuré par les grappes de contrôle. Celles-ci sont constituées de tubes en INOX 316LN nitruré coulissant dans l’assemblage combustible et guidés par des cartes en acier 304L. Immergés dans la cuve et soumis à l’écoulement du circuit primaire, les tubes subissent des vibrations induites par la turbulence, générant micro‑glissements alternés (fretting) et impacts répétés, provoquant l’usure des contacts 316LN/304L. Ce phénomène peut dégrader le guidage et compromettre le contrôle des réactions. Il est donc essentiel de formaliser et de modéliser ces mécanismes. Pour cela, une collaboration scientifique est engagée dans la Chaire Industrielle « Fretting Wear Design », associant le Centre des Matériaux des Mines de Paris et le Centre de Recherche DTI de Framatome.

Objectifs de la thèse.

L’objectif de cette thèse est de développer un modèle d’usure capable de prédire la cinétique d’usure sous sollicitations variables d’impact-fretting pour un contact 316LN/304L, dans des conditions représentatives de l’interface tube 316LN / alvéole 304L en milieu REP. La démarche combinera expérimentations et simulations. Après une bibliographie, le(la) doctorant(e) analysera le spectre de chargement issu d’essais instrumentés en réacteur. Ces sollicitations seront d’abord reproduites sur le banc IF1 du CDM pour réaliser des essais de fretting-impact en conditions atmosphériques. Une campagne permettra de quantifier l’évolution de la cinétique d’usure selon les énergies d’impact et de glissement afin de développer un premier modèle « impact‑glissement ».
La recherche sera ensuite étendue à la simulation des profils et de la profondeur maximale d’usure à l’aide d’un code semi‑analytique. Une fois le modèle calibré, il sera appliqué à des chargements aléatoires. Cette étape sera suivie d’essais en conditions plus représentatives du milieu REP grâce au banc IF2 du CMAT. Ces données permettront d’analyser l’effet de l’environnement REP sur l’usure des surfaces 316LN et 304L et d’enrichir le modèle pour intégrer les effets couplés pression‑température, les sollicitations tribologiques et la corrosion. À l’issue du travail, un modèle multiphysique tribologie‑matériaux‑corrosion sera formalisé pour prédire l’évolution de la profondeur d’usure du tube 316LN ou de l’alvéole 304L. Ce travail répond à un besoin industriel et explore l’usure sous sollicitations combinées de fretting-impact avec spectres aléatoires, ainsi que les effets de conditions extrêmes en milieu REP.

Lieu : Deux tiers du temps à Versailles (78) (https://www.mat.minesparis.psl.eu/) et un tiers du temps au centre de recherche Framatome DTI du Creusot.

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).