Etude et optimisation du combustible à structure composite MgAl2O4/UO2 : élaboration et comportement mécanique

Le concept de combustible composite constitue d'une matrice ceramique de spinelle (MgAl2O4) au sein de laquelle sont dispersees des particules fissiles de dioxyde d'uranium (UO2) est une des voies envisagees dans le futur pour obtenir un combustible plus sur et plus performant, susceptible d'atteindre un fort taux de combustion. En effet, la matrice inerte est censee jouer le role de barriere physique vis-a-vis du relâchement des produits de fission formes en cours d'irradiation en reacteur a eau sous pression (REP). L'objectif de l'etude presentee ici consiste a definir les proprietes structurelles optimales du combustible composite de maniere a preserver l'integrite de la matrice sous irradiation. Un modele simplifie est developpe pour predire le comportement thermomecanique d'un tel composite sous irradiation en condition REP. Cette modelisation, avec l'appui de la bibliographie, permet de definir les caracteristiques microstructurales de composites les plus favorables en terme de comportement sous irradiation. Ces materiaux sont elabores et leurs proprietes mecaniques mesurees. En particulier, des essais de resistance au gradient thermique ont ete menes sur un dispositif specifique. Il s'avere que les materiaux composites, a l'inverse du combustible standard, ont un comportement a la rupture non fragile et conservent leur integrite apres avoir subi une sollicitation thermomecanique comparable a celle engendree lors du premier cycle d'irradiation en REP. Le materiau presentant le meilleur comportement est constitue de particules pre-fissurees presentant une interface cohesive avec la matrice.