L'objet de cette étude est une céramique nucléaire fragile, poreuse, dont les cavités sont saturées en gaz et qui pour des sollicitations thermomécaniques sévères (associées à un accident postulé) peut être amenée à se fragmenter. Ce matériau poreux saturé est immergé dans un fluide gazeux ; des expériences récentes suggèrent qu'une surfragmentation est possible lorsque l'ensemble est soumis à un gradient de pression important. Pour un niveau de surfragmentation avancé le milieu ne peut plus être considéré comme continu et devient de nature granulaire. L'objectif de ces travaux est de déterminer les conditions et l'ampleur de cette surfragmentation et d'évaluer l'écoulement de l'éventuel milieu granulaire qui en résulte. Du point de vue mécanique, il s'agit d'un problème d'écoulement granulaire très dense en silo cylindrique sous gradient de pression.

Le comportement des écoulements granulaires denses immergés fait l'objet de nombreuses études, e.g. [1]. Ces écoulements sont des systèmes complexes, les lois les régissant, notamment pour des particules non-sphériques ou des assemblages granulaires localement très denses, sont encore mal connues. La description des mécanismes de ces écoulements à l'échelle microscopique (celle des particules) est nécessaire pour que la rhéologie du milieu soit représentative.

Dans le cadre de ces analyses de transition entre le comportement d'un milieu continu et l'écoulement d'un milieu discret, il est nécessaire, d'une part de décrire l'endommagement du matériau de l'amorce de fissure à la ruine en présence d'un fluide interstitiel et, d'autre part, de représenter l'écoulement granulaire de l'ensemble des fragments immergés. Pour ce faire le milieu est discrétisé par un ensemble de corps rigides polyédriques défini par un pavage de Voronoï. Ces corps rigides, modélisés par la méthode des éléments discrets (DEM), sont liés par une interface cohésive prenant en compte l'effet du fluide interstitiel ainsi qu'un contact frottant post-rupture. L'écoulement du fluide est modélisé par une approche « fluide moyenné ». La simulation du comportement des corps rigides est réalisée grâce au logiciel LMGC90 [2] et la résolution du fluide par le code de calcul MIGFLOW [3].

Un premier calcul démonstratif sur une structure cylindrique bloquée par un appui-plan et subissant un gradient de pression dû au fluide souligne la pertinence de l'approche. Dans une étape ultérieure, une modélisation plus réaliste du fluide sera réalisée pour un système représentatif de la situation visée, afin de déterminer les paramètres influents sur la surfragmentation du milieu.

Références

[1] E. Guazzelli et O. Pouliquen, «Rheology of dense granular suspensions», Journal of fluid mechanics, 2018.
[2] F. Dubois et M. Jean, «LMGC90 une plateforme de développement dédiée à la modélisation des problèmes d'interaction», Actes du sixième colloque national en calcul des structures, 2003.
[3] M. Constant, F. Dubois et J. Lambrechts, «Implementation of an unresolved stabilised FEM–DEM model to solve immersed granular flows», Comp. Part. Mech., 2018.