Influence of radiation damage on fracture toughness of aluminum alloys in nuclear research reactors

Modélisation de l'effet de l'irradiation sur la ténacité des alliages d'aluminium dans les réacteurs nucléaires expérimentaux L’alliage d’aluminium 6061-T6 est utilisé pour la fabrication de la cuve de réacteurs nucléaires de recherche. L’irradiation provoque des modifications microstructurales qui durcissent le matériau (augmentations de 45 et 60% de la limite d’élasticité et de la résistance mécanique) et détériorent sa ductilité (diminution de 9 à 15% de l’allongement à rupture). Malgré ces évolutions du comportement élastoplastique, il n’est pas prouvé dans la littérature que la ténacité de l’alliage irradié diminue, et quelques résultats montrent même qu’elle n’est pas affectée. Des investigations concernant l’influence de l’irradiation sur la rupture ductile de l’alliage sont donc nécessaires. L’objectif principal de cette thèse est ainsi de développer un modèle physique permettant de prédire la ténacité de l’alliage d’aluminium 6061-T6 irradié. Les mécanismes d’endommagement ductile sont investigués par une approche couplée expérimental – numérique : (i) La germination est étudiée via des coupes polies et des essais de traction in situ réalisés sur éprouvettes entaillés ; (ii) Des simulations par éléments finis de cellules unitaires permettent de quantifier la croissance ; (iii) En considérant deux populations de vides, ces simulations permettent également d’analyser la coalescence. Parallèlement, le durcissement et la chute d’écrouissage sont étudiés sur un aluminium 6061 modèle ayant subi différents traitements thermiques, afin de pouvoir décorréler leurs effets sur la ténacité : en appliquant le modèle précédemment développé, les propagations de fissure dans des éprouvettes CT sont correctement reproduites. En supposant que l’irradiation n’affecte pas les particules responsables de l’endommagement, le modèle non irradié est ensuite appliqué à l’état irradié, en le couplant à un modèle phénoménologique élastoplastique irradié, développé grâce à la base de données collectée dans la littérature. Des éprouvettes de traction et de ténacité irradiées sont testées dans des cellules blindées afin de valider définitivement le modèle de la thèse. Outre les différentes contributions apportées à la thématique de la modélisation de la rupture ductile, la principale conclusion est que la ténacité de l’alliage d’aluminium 6061-T6 reste constante en fonction de la dose d’irradiation.