• Langue : Français
• Discipline : Sciences des matériaux
• Identifiant : 2019LILUR065
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 19/12/2019

Résumé en langue originale

Dans les réacteurs à eau pressurisée, les tuyaux des circuits secondaires sont soumis à de fortes pressions et des températures élevées (70 bars, 600 K). Ils sont constitués d'aciers Fe-Mn-C qui sont donc soumis au vieillissement statique, i.e. la formation d’atmosphères de Cottrell qui décorent les dislocations. Les dislocations sont des défauts linéaires dans une matrice, et le mouvement de ces dislocations est responsable de la plasticité dans les matériaux. Les dislocations agissent de plus comme des puits pour les hétéro-interstitiels : il est donc possible d'observer la formation d'atmosphère de Cottrell, ce qui impacte les propriétés macroscopiques de ces aciers en ayant un effet d'ancrage sur les dislocations. En revanche, les boucles de dislocation d'auto interstitiels sont des défauts bien plus mobiles que les dislocations dans le fer bcc. A cause de la haute énergie de formation d'un atome auto interstitiel, ces boucles sont considérées comme la signature du dommage d'irradiation. Leur très grande mobilité fait qu'elles impactent grandement la microstructure du matériau étudié en interagissant avec beaucoup d'autres défauts. Une méthode de simulation atomique est développée donc afin d'étudier la cinétique de formation des atmosphères de Cottrell: le Mixed-Lattice Kinetic Monte-Carlo (MLKMC). Le MLKMC consiste en une division spatiale de la boîte de simulation pour traiter les zones distordues avec k-ART, un KMC sur réseau souple, et traiter les zones non distordues avec l'approximation du réseau rigide. Le modèle est tout d'abord testé pour retrouver le coefficient de diffusion du carbone dans le fer bcc avec succès. Il est ensuite testé sur des dislocations vis et sur des boucles de dislocations d'auto interstitiels dans le fer bcc. Pour la première fois, la formation d'une atmosphère de Cottrell est observée à l'échelle atomique, avec des temps simulés de l'ordre de l'heure à 300 K. Des mécanismes intéressants sont également observés et expliqués, comme l'impact de la dislocation sur la migration des atomes de carbones.

Résumé traduit

In pressurized water reactors, the pipes of secondary circuits go under high pressures and temperatures (70 bars, 600 K). They are constituted of Fe-Mn-C steels which are thus subject to static ageing, i.e. the formation of Cottrell atmospheres decorating dislocations. Dislocations are linear defects in a matrix, and their movement is responsible for the plasticity in materials. Dislocations act as sinks for hetero-interstitials: as such, Cottrell atmosphere can be made, impacting the macro properties of these steels by pinning the dislocations. On the other hand, dislocation loops made of auto-interstitials are defects much more mobile than dislocations in bcc iron. Because of the high formation energy of a SIA, dislocation loops are considered signature defects of irradiation. Due to their high mobility, these loops will impact a lot the microstructure studied by interacting with numerous other defects. An atomic simulation method is developed in order to study the kinetics of the Cottrell atmosphere formation: the Mixed-Lattice Kinetic Monte Carlo (MLKMC). It consists in dividing spatially the simulation box to treat the distorted zones withk-ART, a soft-lattice KMC, and treat the not distorted zones under the rigid-lattice approximation. The model is able to accurately find the C diffusion coefficient in bcc Fe. Then, it is used to on screw dislocation and SIA dislocations loops in bcc Fe. For the first time, the formation of a Cottrell atmosphere is observed at the atomic scale, with simulated times close to the hour at 300 K. Furthermore, interesting mechanisms of are observed and explained, such as the dislocation impact on the carbon atoms migration.