Titre original :

Modélisation des microstructures d’irradiation aux temps longs

Titre traduit :

Modelling of irradiated microstructures up to long times

Mots-clés en français :
  • Méthode de Monte-Carlo cinétique : Dynamique d'amas

  • Acier austénitique
  • Zirconium -- Alliages
  • Microstructure (physique)
  • Fer
  • Dislocations dans les métaux
  • Défauts ponctuels
  • Fokker-Planck, Équation de
  • Dynamique moléculaire
  • Langue : Français
  • Discipline : Sciences physiques
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 14-11-2016

Résumé en langue originale

Ce mémoire d’HDR présente une sélection des études réalisées de 2009 à 2016 au Service de Recherches de Métallurgie Physique, au CEA Saclay. Les travaux évoqués portent sur la modélisation des cinétiques d’évolution des microstructures sur des temps comparables aux expériences, principalement sous irradiation. Pour cela, deux méthodes sont utilisées : la dynamique d’amas et le Monte Carlo cinétique sur événements ou sur objets (E/OKMC). Le mémoire est structuré en quatre parties. La première partie présente le formalisme de la dynamique d’amas et du E/OKMC, ainsi que le code de dynamique d’amas CRESCENDO co-développé avec EDF R&D. La deuxième partie traite des aspects numériques de la dynamique d’amas. En particulier, l’utilité d’algorithmes efficaces pour résoudre les équations de la dynamique d’amas et la nécessité de diminuer le nombre d’équations, en passant par une approche Fokker-Planck, sont mises en avant. La troisième partie concerne les transferts d’échelles, depuis l’échelle atomique vers l’échelle de la dynamique d’amas. Le but est de mettre au point des modèles plus précis pour aller vers une modélisation prédictive des microstructures pour les matériaux modèles. Dans cette partie, nous abordons le développement d’un modèle de bulle d’hélium dans le fer en utilisant des calculs en potentiels empiriques, le transfert des cascades des codes de dommage primaire vers la dynamique d’amas, et le calcul de forces de puits en OKMC. Enfin, la quatrième partie présente quelques cas de simulations aux temps longs par dynamique d’amas et la comparaison aux expériences. La modélisation du système modèle Fe-He est présentée. Nous montrons aussi qu’il est possible avec la dynamique d’amas d’aborder de manière plus qualitative des matériaux plus complexes, à travers deux exemples : la modélisation des effets de contrainte dans les alliages de zirconium et la modélisation des irradiations aux ions dans les aciers austénitiques.

Résumé traduit

In this habilitation dissertation we show a selection of studies performed from 2009 to 2016 in the Service de Recherches de Métallurgie Physique at CEA Saclay. These works are devoted to the modeling of kinetics of microstructures over timescales which are comparable to experiments, mostly under irradiation. For this purpose, two methods are used: cluster dynamics and Event or Object kinetic Monte Carlo (E/OKMC). This dissertation is subdivided into four parts. The first part presents the formalisms of cluster dynamics and E/OKMC as well as the cluster dynamics code CRESCENDO, which is co-developed with EDF R&D. In the second part we discuss the numerical aspects of cluster dynamics. In particular, the use of efficient algorithms to solve cluster dynamics equations and the need for a decrease in the number of equations, through the use of a Fokker-Planck approach, are highlighted. The third part is devoted to the transfer of information from the atomic scale to the scale of cluster dynamics. The aim is to build accurate models that can be used to perform predictive modeling of microstructures of model materials. In this part, we address the development of a model for helium bubbles in iron based on empirical potential calculations, the transfer of cascades from codes which provide primary damage to cluster dynamics, and the calculation of sink strengths with OKMC. Finally, the fourth part presents some simulations by cluster dynamics over long timescales and their comparison to experiments. The modeling of the model system Fe-He is shown. We also show that it is possible to tackle more complex materials in a qualitative way, through two examples: the modeling of stress effects in zirconium alloys and the modeling of ion irradiations in austenitic steels.

  • Directeur(s) de thèse : Becquart, Charlotte
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

AUTEUR

  • Jourdan, Thomas
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