Soutenance de thèse de Pauline Hahn

Evolutions métallurgiques des alliages Zr-Nb lors des procédés de déformation à chaud : compréhension des mécanismes et simulations

Pauline Hahn a réalisé sa thèse au sein de l’équipe MSR sous la direction de Marc Bernacki, Baptiste Flipon et Madeleine Bignon dans le cadre d’une CIFRE avec Framatome. Elle soutient son doctorat dans la spécialité Mécanique Numérique et Matériaux – sous réserve de l’accord des deux rapporteurs – le 7 janvier 2026 sur le sujet :

Evolutions métallurgiques des alliages Zr-Nb lors des procédés de déformation à chaud : compréhension des mécanismes et simulations

devant le jury suivant :

– M. BERNARD Frédéric, Rapporteur
– Mme DUMONT Myriam, Rapporteur
– M. LOGE Roland, Examinateur
– Mme TOFFOLON-MASCLET Caroline, Examinateur
– M. FLIPON Baptiste, Examinateur
– Mme BIGNON Madeleine, Examinateur
– M. BERNACKI Marc, Examinateur
– M. GAILLAC Alexis, Invité
– M. GRAND Victor, Invité

Résumé :

Les alliages de zirconium sont principalement utilisés dans le secteur de l’énergie atomique. En considérant leur transparence aux neutrons, leurs propriétés mécaniques et leur résistance à la corrosion, ces alliages sont des matériaux de choix pour la fabrication d’assemblages de combustible situés dans le coeur d’un réacteur nucléaire. Pour garantir un produit conforme et de qualité, une gamme de fabrication complexe qui regroupe différentes étapes de déformations et de traitements thermiques est nécessaire. Chaque étape met en forme le produit pour l’étape suivante afin d’obtenir un produit final aux bonnes dimensions. L’évolution de la microstructure doit également être contrôlée et maîtrisée au cours du procédé de fabrication. En effet, la microstructure confère à l’alliage une grande partie de ses propriétés macroscopiques tout comme les éléments d’addition. Une meilleure compréhension des mécanismes métallurgiques sous-jacents et le développement d’outils de simulations adaptés sont donc de première importance pour élaborer des composants plus sûrs et en phase avec des exigences industrielles et sociétales de plus en plus importantes dans le secteur nucléaire.

Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes d’évolutions microstructurales présents dans l’alliage Zr-1Nb lors de sollicitations thermomécaniques tels que les phénomènes de recristallisation et de croissance de grains. Dans un premier temps, les cinétiques de croissance de grains sont étudiées pour mettre en évidence l’influence de la teneur en niobium. Des caractérisations expérimentales et des simulations numériques en champ complet ont prouvé l’effet de traînage des solutés du niobium et l’impact des particules de secondes phases. Par la suite, plusieurs microstructures initiales sont considérées pour étudier les phénomènes de recristallisation dynamique et post-dynamique. Des essais thermomécaniques sont réalisés suivis de caractérisations expérimentales par EBSD, MEB, MET, pour montrer les spécificités de ces quatre microstructures et comprendre les différentes cinétiques de recristallisation observées. Ces cinétiques sont comparées aux résultats des simulations numériques pour valider les hypothèses émises et obtenir des simulations prédictives en prenant en compte tous les phénomènes physiques identifiés dans le matériau.

Mots-clés : Alliages Zr-Nb, Déformation à chaud, Evolutions microstructurales, Traînage des solutés, Caractérisations expérimentales, Simulations numériques en champ complet