Soutenance de thèse Aurélien HOEL BACLE, mardi 31 mars 2026 à 9h30

Amphi André SAUZE à l’ENSAM d’Aix-en-Provence
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Annonce de soutenance de thèse

 

Aurélien HOEL BACLE
 

Ecole doctorale n°104 : Sciences de la Matière, du Rayonnement et de l’Environnement à l’Université de Lille

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse de Doctorat Spécialité « Chimie des Matériaux »  intitulés :

Caractérisation en soutien à la modélisation du Joint Oxyde-Gaine et de la couche de corrosion interne de gaine dans le combustible oxyde irradié en réacteur à neutrons rapides
 

Thèse dirigée par : Charlotte BECQUART (UMET Centrale Lille) et Pierre BENIGNI (IM2NP, CNRS)
 

Le mardi 31 mars 2026, à 9h30

Lieu : Amphi André SAUZE à l’ENSAM d’Aix-en-Provence
+ lien visio à venir
 

 

Résumé :

Les études sur les combustibles de la filière des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) ont mis en évidence à fort taux de combustion la formation d’un Joint Oxyde-Gaine (JOG) dû notamment à la migration et à la condensation de phases de produits de fission volatils à l’interface pastille-gaine. La présence de ces espèces corrosives, combinée à des températures élevées, peut conduire à une corrosion interne de l’acier de gainage par Réaction Oxyde-Gaine (ROG).
La plateforme de simulation PLEIADES intègre l’outil de calcul scientifique (OCS) GERMINAL, dédié à la simulation du comportement en irradiation des éléments à combustible oxyde mixte (U,Pu)O2 des RNR-Na. Les modèles de référence du JOG et de la ROG dans GERMINAL reposent chacun sur une description empirique. Afin d’améliorer la modélisation du comportement chimique sous irradiation, un couplage entre l’outil OpenCalphad et la TAF-ID, base de données thermodynamiques sur les matériaux nucléaires développée dans le cadre de l’OCDE/AEN, a été intégré dans l’OCS. Cette approche, qui sert de base pour le modèle avancé du JOG et de celui envisagé pour la ROG, permet une description détaillée des phases chimiques formées à l’interface pastille-gaine. La validation de ce modèle avancé nécessite de nouvelles données expérimentales.
Dans le cadre du travail de thèse, des examens post-irradiation ont été réalisés au LECA-STAR sur deux échantillons combustibles issus d’une même aiguille irradiée lors de l'expérience NESTOR 3 dans le réacteur Phénix. Ces examens ont mobilisé un ensemble de techniques analytiques complémentaires (microscopie optique, MEB, EPMA, SIMS et MET) et ont nécessité des développements méthodologiques pour optimiser la caractérisation de l’interface pastille-gaine.
Les résultats obtenus à différentes échelles ont in fine permis d’établir l’inventaire détaillé des éléments présents au sein du JOG et de la ROG : l’oxygène et des produits de fission (Cs, Ba, Mo, Pd, Te et I) issus du combustible d’une part et des éléments (Fe, Ni et Cr) issus de la gaine d’autre part. La confrontation de ces résultats avec les prédictions des calculs CALPHAD a permis d'identifier plusieurs axes d’amélioration du modèle avancé, concernant notamment le choix des paramètres d’entrée du calcul thermochimique et les pistes d'extension de la TAF-ID.
 

Abstract:

Studies on fuels from sodium-cooled fast reactors (SFR) have highlighted, at high burnup, the formation of a Joint Oxyde-Gaine (JOG), resulting from the migration and condensation of volatile fission products at the pellet-cladding interface. The presence of these corrosive products, combined with high temperatures, can lead to internal corrosion of the cladding steel through fuel-cladding chemical interaction (FCCI).
The PLEIADES simulation platform integrates the GERMINAL scientific calculation tool, dedicated to the simulation of the irradiation behavior of mixed oxide (U,Pu)O₂ fuel elements for SFR. The reference JOG and FCCI models in GERMINAL each rely on an empirical description. In order to improve the modeling of chemical behavior under irradiation, a coupling between the OpenCalphad tool and the TAF-ID thermodynamic database for nuclear materials, developed within the framework of the OECD/NEA, was implemented in GERMINAL. This approach, which is used as a basis for the advanced JOG model and for the FCCI model under development, enables a detailed description of the chemical phases formed at the pellet-cladding interface. Validation of this advanced model requires new experimental data.
As part of this PhD work, post-irradiation examinations were carried out at LECA-STAR on two fuel samples taken from the same fuel pin irradiated during the NESTOR 3 experiment in the Phénix reactor. These examinations involved a set of complementary analytical techniques (optical microscopy, SEM, EPMA, SIMS, and TEM) and required methodological developments to optimize the characterization of the pellet-cladding interface.
The results obtained at different scales ultimately made it possible to establish a detailed inventory of the elements present within the JOG and the FCCI zone: oxygen and fission products (Cs, Ba, Mo, Pd, Te, and I) from the fuel, on the one hand, and elements (Fe, Ni, and Cr) from the cladding, on the other hand. Comparison of these results with predictions from CALPHAD calculations made it possible to identify several directions for improving the advanced model, particularly with regard to the choice of input parameters for thermochemical calculations and the possible extensions of the TAF-ID.

 

Composition du jury :

Rapporteuse : Myriam DUMONT,  Arts & Métiers Lille, Professeure

Rapporteur : Thierry WISS, JRC Karlsruhe, Allemagne, Directeur de recherche

Examinatrice : Christine GUENEAU, CEA ISAS, Saclay, Directrice de recherche

Examinatrice : Anna SMITH, TU Delft, Pays-Bas, Professeure associée

Directeur de thèse : Charlotte BECQUART, UMET Centrale Lille, Professeure

Co-directeur de thèse : Pierre BENIGNI, IM2NP, CNRS, Université d’Aix-Marseille, Ingénieur de recherche HDR

Encadrant : Jean-Christophe DUMAS, CEA IRESNE, Cadarache, Ingénieur chercheur

Encadrant : Philippe BIENVENU, CEA IRESNE, Cadarache, Ingénieur chercheur