Prix de la meilleur thèse française en indentation pour Ronan Henry

Ronan Henry a remporté le prix de la meilleure thèse française en indentation (période 2018-2020), qui a été décerné lors du congrès Indentation 2021 qui s'est tenu à Lorient en octobre dernier.
Ronan a fait sa thèse en collaboration entre MATEIS et le CEA Cadarache. Il est désormais IR CNRS au laboratoire GPM de l'Université de Rouen.

Ci-desous un petit descriptif de ses travaux de thèse :

Ce travail de thèse est le fruit d’une collaboration entre le CEA-Cadarache et le laboratoire MATEIS à Lyon. Il a porté sur la mesure des propriétés mécaniques du combustible nucléaire UO₂ après irradiation. À cause des transformations microstructurales (fissures, porosités, fragilisation des joints de grains…) induites par l’irradiation, il est impossible de réaliser des éprouvettes d’essais mécaniques macroscopiques avec des géométries standards. Cependant les propriétés mécaniques en rupture sont nécessaires pour alimenter les simulations numériques qui modélisent l’évolution des pastilles de combustible pendant leur utilisation en réacteurs à eau pressurisée (REP).

L’objectif était donc de développer des méthodes d’essais micromécaniques pour mesurer les propriétés à rupture du combustible irradié. Pour cela, deux types d’essais ont été étudiés. D’une part, l’essai de fissuration par nano-indentation qui consiste à faire une empreinte à l’aide d’une pointe pyramidale sur la surface polie de l’échantillon. Selon la charge appliquée, des fissures se forment autour des marques d’indentation, permettant de remonter à une mesure locale de la ténacité du matériau. D’autre part, un essai conventionnel de flexion d’éprouvettes a été transposé à l’échelle microscopique et permet de déterminer la ténacité ou la contrainte à rupture. Pour réaliser ces micro-éprouvettes, un microscope à faisceau ionique focalisé (FIB) est utilisé, tandis qu’un nano-indenteur permet de les fléchir jusqu’à rupture.

Afin de mettre au point et d’optimiser les protocoles de mesures, la zircone cubique ZrO₂ a d’abord été utilisé en tant que matériau modèle au laboratoire MATEIS à Lyon. Cette céramique a des propriétés cristallographiques et mécaniques très proches de celles de l’UO₂, et permet, dans les phases de mise au point, de s’affranchir des difficultés de mise en œuvre liées à l’environnement nucléaire. Ensuite, les méthodes de mesure ont été appliquées au CEA Cadarache à un combustible vierge puis à des échantillons de combustible irradié en REP.

Ces travaux ont permis de mettre en avant la complémentarité des deux méthodes étudiées. L’indentation est une technique rapide et pratique, qui permet la réalisation de nombreux essais et à différentes positions du combustible irradié. La micro-flexion est longue à mettre en œuvre et nécessite de nombreux équipements de pointe, mais est plus proche des tests mécaniques classiques.  Elle permet de mesurer les propriétés à rupture manquantes et recherchées sur le combustible irradié, mais aussi d’évaluer la résistance de plans cristallographiques spécifiques et de joints de grains, qui jusqu’à maintenant étaient inaccessibles sur le combustible. Finalement, ces deux méthodes sont maintenant suffisamment mûres pour être appliquées sur une plus grande variété de combustibles.