Prédire le vieillissement des matériaux grâce à la modélisation

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Des chercheurs de la Direction de l'énergie nucléaire du CEA ont, pour la première fois, pu prédire quantitativement l'évolution des défauts dus à l'irradiation dans un matériau de structure. Leurs résultats obtenus dans le fer, à partir de l'échelle atomique, par des méthodes de simulation multi-échelles, contribueront à une meilleure compréhension du vieillissement des matériaux des centrales nucléaires actuelles et pourront être appliqués aux systèmes nucléaires du futur.

La cinétique d'évolution des défauts d'irradiation d'un matériau influe directement sur ses changements de microstructure donc sur ses propriétés mécaniques. Prédire quantitativement cette cinétique et les phénomènes qui la régissent est de ce fait un enjeu considérable pour l'industrie nucléaire.

Relever ce défi est maintenant rendu possible par le couplage entre des techniques de simulation numérique opérant à différentes échelles. C'est la simulation multi-échelles qui consiste à utiliser les résultats numériques issus d'une échelle de temps et d'espace comme données d'entrée d'une modélisation à l'échelle supérieure :

• dans un premier temps, des simulations numériques ab initio¹ ont permis, à partir de la mécanique quantique, de décrire la structure et la migration des défauts et des amas de défauts. Ces simulations, qui requièrent des ressources de calcul importantes, ont pu être réalisées par une utilisation intensive des capacités du Centre de Calcul Recherche et Technologie (CCRT), installé sur le site CEA de Bruyères-le-Châtel.
  
• dans un second temps, à partir de ces propriétés élémentaires des défauts, il a été possible de reconstruire, par un modèle cinétique², l'évolution des défauts et leurs effets sur les propriétés macroscopiques d'un échantillon de fer irradié de la taille d'un micron (un millième de millimètre) sur une durée de l'ordre de l'heure. Ces simulations ont été comparées à des mesures expérimentales indirectes

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