Mise en bande des boucles de dislocation dans les alliages de zirconium sous irradiation – DIBAZA

L'objectif principal du projet est d’apporter des bases physiques solides aux modèles mésoscopiques d'évolution de la microstructure dans les alliages de Zr irradiés afin de mieux comprendre leur croissance macroscopique sous irradiation. Étant donné la forte non linéarité des équations d'évolution, les paramètres du modèle doivent être vérifiés ou contraints soit à l’aide de calculs à l'échelle atomique et/ou d’expériences. Une attention particulière sera portée à l'alignement des boucles de type (a) mal comprise jusqu'à présent, et son impact sur la croissance macroscopique. Les questions connexes reposent sur la densité des boucles (a) interstitielles/lacunaires, le mécanisme de formation des boucles (c) ou l'effet du Nb sur la croissance sous irradiation. Ces travaux présentent donc à la fois un intérêt fondamental (évolution de la microstructure sous irradiation dans des matériaux anisotropes) et un intérêt technologique (sûreté des réacteurs nucléaires à eau sous pression - REP). C’est la raison pour laquelle des partenaires académiques et industriels sont associés à ce projet, tous spécialistes du comportement des alliages de Zr sous irradiation, parmi lesquels les 2 plus importants acteurs de la filière nucléaire française (EDF et FRAMATOME).
Les travaux envisagés incluent l’étude expérimentale des précurseurs de boucles (c), des boucles (a) et des nanoprécipités de Nb. En effet, ces défauts microstructuraux revêtent une importance particulière en lien avec la croissance des gaines de zirconium mais leur mécanisme de formation est mal connu, notamment pour les boucles (c), celles-ci pouvant impliquer des précurseurs de nature différente qu’il est important d’identifier. L’alignement des boucles (a) parallèlement au plan de base, bien que souvent observé, n’a jamais suscité un intérêt particulier pour expliquer la croissance. Cependant des simulations récentes de type Monte Carlo cinétique objet suggèrent que cet alignement serait corrélé à l’accélération du grandissement des gaines. Une étude expérimentale plus approfondie de cet alignement ainsi que de la proportion des boucles (a) interstitielles et lacunaires est requise pour valider ce modèle de croissance. Enfin, l’ajout de Nb semble améliorer la résistance au grandissement. Est-ce lié à la formation des nanoprécipités de Nb sous irradiation ? Répondre à cette question implique de mieux comprendre leur interaction avec les boucles (a) et (c) ce qui suppose une caractérisation poussée de ces objets. Celle-ci sera réalisée expérimentalement mais également par calculs à l'échelle atomique, afin de déterminer le degré de cohérence de ces nanoprécipités avec la matrice et par conséquent leur champ de contrainte. De plus, ces précipités se comportant comme des puits vis-à-vis des défauts ponctuels, leurs forces d’absorption seront calculées également. Ces informations serviront de données d’entrée pour les modèles mésoscopiques utilisés pour simuler la formation des microstructures dans les alliages de Zr irradiés. Des simulations de type Monte Carlo cinétique objet seront effectuées, cette technique sera en effet choisie car étant la seule jusqu’à présent à avoir reproduit la mise en bande des boucles (a) parallèle au plan de base. Il est donc envisagé de consolider la paramétrisation de ce code pour Zr pur puis de prendre en compte l’effet du Nb en solution et sous forme de précipités. Enfin, une approche complémentaire de type champ de phase sera développée afin d’étudier les effets élastiques de manière plus précise ou de simuler la ségrégation induite par irradiation du Nb près des boucles (a) et (c) pouvant possiblement conduire à la formation de nanoprécipités.