Résumé
Le contexte de ce travail est relatif à la prédiction du comportement, notamment de la fissuration fragile-ductile du combustible nucléaire en dioxyde d'uranium UO2 lors d'un hypothétique accident d'insertion de réactivité (RIA). En particulier, la problématique abordée porte sur la modélisation et la simulation de l'initiation et de la propagation de fissure dans les matériaux ductiles qui s'endommagent par nucléation croissance et coalescence de cavités. La démarche globale de modélisation et de simulation adoptée repose sur une approche aux éléments finis cohésifs-volumiques couplant comportements volumiques à écrouissage positif et lois de traction-séparation adoucissantes décrivant le processus d'endommagement et de fissuration du matériau. Un modèle de zone cohésive pour les matériaux ductiles est proposé à partir de considérations micromécaniques. Le modèle de zone cohésive est déterminé via une projection dans une cinématique surfacique d'un modèle d'endommagement ductile volumique (le modèle de Gurson-Tveergaard-Needleman ou modèle GTN). Ce modèle de zone cohésive permet d'une part de retrouver avec un bon accord la réponse d'une cellule unitaire avec un comportement de type GTN et d'autre part de prendre en compte l'influence de la direction du chargement au voisinage de la fissure (triaxialité en contrainte ou en déformation) dans le comportement à rupture.Le traitement numérique de ce modèle de zone cohésive est réalisé dans le cadre d'une formulation éléments finis multicorps dans laquelle la loi cohésive représente une condition aux limites mixte entre éléments finis. L'application de l'approche cohésive-volumique à l'étude du combustible lors d'un transitoire de puissance de type RIA, a permise d'investiguer les mécanismes de fissuration fragile-ductile du combustible UO2 irradié, notamment dans la zone périphérique fortement irradiée.