Thermo-chemical-mechanical modeling of nuclear fuel behavior. Impact of oxygen transport in the fuel on Pellet Cladding Interaction

L’objectif de cette these est d'etudier l'impact du transport de l’oxygene sur la thermochimie de l’interaction pastille-gaine. Pendant les rampes de puissance, le combustible nucleaire est expose a des gradients de temperature eleves. Il subit des changements chimiques et structurels. Le gonflement du combustible entraine un contact mecanique avec la gaine, provoquant des contraintes mecaniques elevees. Simultanement, des especes chimiquement reactives sont liberees par le centre des pellets chauds et peuvent interagir avec la gaine. La combinaison de ces facteurs chimiques et mecaniques peut entrainer une defaillance de la gaine causee par la fissuration par corrosion sous contrainte. Il a ete prouve que le transport de l'oxygene sous des gradients de temperature eleves affecte la thermochimie, ce qui peut jouer un role important dans la fissuration par corrosion sous contrainte. Cette these presente des simulations 3D de rampes de puissance dans des reacteurs a eau sous pression avec le code de performance de combustible ALCYONE, qui fait partie de l'environnement informatique PLEIADES. Le code a ete mis a jour pour associer la description de la thermochimie du carburant irradie deja disponible au transport de l'oxygene en tenant compte de la thermo diffusion de l'oxygene. L'impact de la redistribution de l’oxygene pendant une periode transitoire de puissance sur la thermochimie du combustible irradie et sur le relâchement de gaz chimiquement reactif provenant du combustible (I(g), I2(g), CsI(g), TeI2(g), Cs(g) et Cs2(g) principalement) est etudie. Les simulations montrent que la redistribution de l’oxygene, meme moderee, conduit a la reduction des oxydes metalliques (dioxyde de molybdene, molybdates de cesium, oxyde de chrome) au centre des pastilles de combustible et, par consequent, au relâchement d’une quantite beaucoup plus importante de cesium gazeux, en accord avec les examens post-irradiation. Les calculs tridimensionnels des quantites d'importance pour la fissuration par corrosion sous contrainte due a l'iode (contrainte circonferentielle, deformation circonferentielle, pression partielle d'iode sur gaine) sont ensuite utilises dans des simulations de propagation de fissures de gaine.