Prédire la rupture ductile sous des chargements complexes reste une tâche ardue, en particulier lorsqu'il s'agit de matériaux hétérogènes pour lesquels les mécanismes de rupture dépendent des propriétés microstructurales. L'Andra, l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, est en charge d'étudier le stockage des déchets de Haute Activité et de Moyenne Activité à Vie Longue (HA et MA-VL) dans un centre de stockage géologique (projet Cigéo). Il est prévu d'encapsuler les déchets HA dans des conteneurs mécano-soudés en acier non allié P285NH, puis de les insérer dans des micro-tunnels horizontaux appelés alvéoles de stockage. Les travaux présentés sont issus d'une étude plus large concernant la prédiction du comportement à long terme de conteneurs soumis à diverses sollicitations représentatives et/ou conventionnelles. L'objectif principal est de savoir si le modèle proposé et la méthode numérique associée sont capables de prédire fidèlement le comportement long terme de ces conteneurs en situation de stockage.

Le comportement ductile de l'acier P285NH a été caractérisé par des essais sur des éprouvettes prélevées sur une maquette échelle 1:1. Les essais de traction ont été réalisés sur des éprouvettes lisses ou entaillées issues du matériau de base ainsi que du joint soudé. Pour ces matériaux, un modèle de comportement élastoplastique avec écrouissage non linéaire cinématique et isotrope fortement couplés à l'endommagement ductile isotrope et faiblement couplé à la corrosion généralisée, a été développé. Sa formulation est basée sur la thermodynamique des processus irréversibles avec des variables d'état macroscopiques en considérant des grandes déformations plastiques mais des petites déformations élastiques de sorte à assurer l'additivité des taux des déformations réversibles et irréversibles.

Les conteneurs étant fermés par deux couvercles soudés par faisceau d'électron sans apport de matière, la partie présentée ici concerne le comportement de la soudure. Une attention particulière est accordée à la prise en compte de la soudure dans les simulations du comportement mécanique et de l'endommagement. Dans le but d'obtenir des données précises sur la soudure, ses dimensions et sa microstructure ont été déterminées par microscopie optique et mesure de dureté. La soudure est décomposée en trois parties : matériau de base (P285NH sans transformation métallurgique), Zone Affectée Thermiquement (ZAT) et Zone Fondue (ZF) de microstructures sensiblement différentes. Les propriétés mécaniques de ces zones sont alors très différentes c'est pourquoi des essais de traction ont été réalisés sur des éprouvettes de traction lisses comprenant une soudure. La géométrie de ces éprouvettes est la même que celle utilisée auparavant lors des essais de traction sur le matériau de base, dans le but de réaliser des comparaisons.

Des comparaisons entre des résultats expérimentaux et numériques sur la base des courbes globales force-déplacement sont réalisées afin de prouver l'efficacité du modèle de comportement développé sur ce matériau hétérogène. Des mesures fines par corrélation d'image sont également réalisées sur éprouvettes plates avec soudures. Ceci a permis d'optimiser l'identification des paramètres matériau du P285NH dans les trois zones matériau à utiliser dans les simulations numériques du comportement des conteneurs. La reproduction très satisfaisante par simulation numérique, des essais réalisés, permet d'être confiant dans la capacité de la modélisation à simuler l'initiation et la propagation de fissures sur le matériau de base et dans le joint soudé.

La faible largeur des zones soudées (12 mm) en comparaison avec la longueur (1600 mm) et le diamètre (570 mm) des conteneurs implique un difficile compromis en termes de discrétisation spatiale lorsqu'il s'agit de garder des temps de simulations raisonnables ainsi qu'une précision suffisante. Finalement, l'impact de la présence de la soudure est étudié sur la base de plusieurs simulations sur conteneurs soumis à différentes conditions de chargement mécanique et à différentes vitesses de corrosion.