• Langue : Français
• Discipline : Chimie des matériaux
• Identifiant : 2026ULILR004
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 09/02/2026

Résumé en langue originale

L'urgence écologique impose le développement de nouvelles infrastructures de production électrique. Parmi les solutions envisagées, la production nucléaire dispose de nombreux atouts, mais également de certains inconvénients, en particulier la fermeture du cycle de combustible nucléaire ainsi que l'approvisionnement en matière fissile ne peuvent pas être résolus par les réacteurs de deuxième et troisième génération. Pour y remédier, une solution serait le développement de réacteurs à neutrons rapides (RNR), en particulier les RNR à caloporteur sodium (RNR-Na). Ces réacteurs novateurs imposent cependant des contraintes importantes en ce qui concerne les matériaux de cœur, notamment pour les matériaux des gaines de combustible. Les aciers austénitiques, tels que l'AIM1 (développé au CEA), sont de bons candidats pour répondre à ces problématiques, mais finissent par gonfler lorsque le dommage d'irradiation est important. L'objectif de cette thèse est de participer au développement d'une nuance AIM2, plus résistante au gonflement sous irradiation.A cette fin, une nuance d'acier, l'alliage 321, a été sélectionnée pour sa forte sensibilité au gonflement sous irradiation. Il a subi différents traitements thermomécaniques. L'objectif est de pouvoir sélectionner une suite de traitements intéressante pour l'appliquer ensuite à la nuance AIM1, qui gonfle peu sous irradiation aux ions et qui est donc délicat à optimiser directement. Les différents échantillons en alliage 321 ont ensuite été irradiés aux ions Fe5+, 5 MeV, à 550°C et 600°C. Une méthode innovante d'analyse d'image MEB de haute résolution par un algorithme Random Forest a été appliquée pour déterminer le gonflement des différents états métallurgiques. Il en ressort que les traitements thermomécaniques sont efficaces dans la réduction du gonflement. Enfin, ces derniers ont été caractérisés au MEB, et au MET afin de déterminer les éléments de microstructure les plus intéressants pour la réduction du gonflement, et les traitements thermomécaniques associés.Il apparaît que les échantillons qui ont été laminés puis recuits à 700°C pendant 30 min sont les seuls à présenter des carbures de titane nanométriques avant irradiation. D'autre part un échantillon ayant été laminé, recuit à 700°C, puis fortement relaminé (20%), a présenté une recristallisation sous irradiation. Il semble donc plus intéressant de réaliser un deuxième laminage moins important, de l'ordre de 10%, pour amoindrir le gonflement de l'acier 321 tout en préservant sa microstructure.

Résumé traduit

The ecological emergency calls for the development of new power generation infrastructures. Among the solutions envisaged, nuclear generation has many advantages, but also certain disadvantages. In particular, the closure of the nuclear fuel cycle and the supply of fissile material cannot be resolved by second- and third-generation reactors. One solution is to develop fast breeder reactors (FBRs), in particular sodium-cooled FBRs (RNR-Na). However, these innovative reactors impose major constraints on core materials, particularly fuel cladding materials. Austenitic steels, such as AIM1 (developed at CEA), are good candidates for meeting these requirements, but swell when irradiation damage is severe. The aim of this thesis is to contribute to the development of an AIM2 grade, more resistant to swelling under irradiation.To this end, a steel grade, alloy 321, was selected for its high susceptibility to swelling under irradiation. It was then subjected to various thermomechanical treatments. The aim was to select an interesting sequence of treatments for subsequent application to the AIM1 grade, which swells little under ion irradiation and is therefore difficult to optimize directly. The various alloy 321 samples were then irradiated with 5 MeV Fe5+ ions at 550°C and 600°C. An innovative method of high-resolution SEM image analysis using a Random Forest algorithm was applied to determine the swelling of the different metallurgical states. Thermomechanical treatments were found to be effective in reducing swelling. Finally, the latter were characterized with SEM and TEM in order to determine the most interesting microstructural elements for swelling reduction, and the associated thermomechanical treatments.It appears that the samples that were rolled and then annealed at 700°C for 30 min were the only ones to show nanometric titanium carbides prior to irradiation. On the other hand, a sample that had been rolled, annealed at 700°C, then heavily relaminated (20%), showed recrystallization under irradiation. It would therefore seem more appropriate to carry out a second, less extensive rolling, of the order of 10%, to reduce the swelling of 321 steel while preserving its microstructure.