Propagation des fissures 2D et 3D planes sous chargement thermomécanique à amplitudes variables

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Thèse de Doctorat de l’Université de  Pierre et Marie Curie  Propagation des fissures 2D et 3D planes sous  chargement thermomécanique à amplitudes variables  Amine SBITTI Sous la direction de : Jean – Jacques Marigo (Institut Jean le Rond d’Alembert) Said Taheri (EDF – LaMSID) 1 Contexte industrielle   2 Plan de l’exposé  I. La fatigue thermique des circuits RRA  II. Étude de l’arrêt de fissure en fatigue thermique III. Propagation des fissures 3D sous chargement cyclique à  amplitudes variables  IV. Influence de réseau de fissures 3D en fatigue thermique  3 I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA  1­ Incident de Civaux (1998): Mise en situation  2­ Résultat des expertises 3­ Essais de fatigue sous contraintes thermiques 4­ Le faïençage thermique des RRA, un problème lié à la structure 4 I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA  1­ Incident de Civaux (1998): Mise en situation  • Fonction principale du circuit RRA – Évacuation de la chaleur produite par le  réacteur • Principe de refroidissement – passage d’une conduite de fluide plus  froid à la proximité du réacteur – refroidissement d’une partie du fluide  dans un échangeur – Ré­ injection dans le circuit de  refroidissement au moyen d’un Té de  mélange  Fig.
Publié le : lundi 4 mars 2013
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Thèse de Doctorat de l’Université de 
Pierre et Marie Curie 
Propagation des fissures 2D et 3D planes sous 
chargement thermomécanique à amplitudes variables 
Amine SBITTI
Sous la direction de :
Jean – Jacques Marigo (Institut Jean le Rond d’Alembert)
Said Taheri (EDF – LaMSID)
1Contexte industrielle  
2Plan de l’exposé 
I. La fatigue thermique des circuits RRA 
II. Étude de l’arrêt de fissure en fatigue thermique
III. Propagation des fissures 3D sous chargement cyclique à 
amplitudes variables 
IV. Influence de réseau de fissures 3D en fatigue thermique 
3I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
1­ Incident de Civaux (1998): Mise en situation 
2­ Résultat des expertises
3­ Essais de fatigue sous contraintes thermiques
4­ Le faïençage thermique des RRA, un problème lié à la structure
4I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
1­ Incident de Civaux (1998): Mise en situation 
• Fonction principale du circuit RRA
– Évacuation de la chaleur produite par le 
réacteur
• Principe de refroidissement
– passage d’une conduite de fluide plus 
froid à la proximité du réacteur
– refroidissement d’une partie du fluide 
dans un échangeur
– Ré­ injection dans le circuit de 
refroidissement au moyen d’un Té de 
mélange 
Fig.1: Té du RRA fissuré du réacteur 
nucléaire de Civaux 
5I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
2­ Résultat des expertises 
• Présence d’une fissure débouchante de 180 mm 
de longueur en peau interne et 350 mm en peau 
externe 
• Elle s’est propagée au niveau du cordon de 
soudure non arasé. 
• Présence de réseau de fissures superficielles de 
part et d’autre de la fissure.
Réseaux de fissures de part et d’autre de la
fissure principale (au centre) située au pied de
cordon de soudure du coude du circuit RRA
Civaux [M-F. Cipière et O. Goltrant.2002]
6I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
2­ Résultat des expertises 
• Étude statistique
– Profondeurs maximales entre  0.6 et 2.2 mm
– Profondeurs moyennes entre 0.2 et 0.8 mm
– Pas moyen entre fissures est de 1.8 mm 
– Pas d’amorçage en dessous de 80 °C
– Amorçage avant 450 heures. 
– Le plan de fissures reste perpendiculaire à la 
peau interne 
7I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 3­  Essai  de  fatigue  sous  contraintes  thermique  :  FATHER,  CEA  (Fissolo 
2004)
• Essai à l’échelle ½ de la zone de mélange 
RRA modifiée.  
• Chargement thermique: mélange de fluides à 
­1une vitesse de 4 m.s  et une différence de 
température de 160°C.
•  deux types d’essais:
– Essai thermo – hydraulique: mesure de flux 
de chaleur entre le fluide et la paroi 
– Essai d’endurance: reproduire les réseaux de 
fissures dans des conditions similaire au RRA 
Civaux, résistance du matériaux à la fatigue 
thermique des zones de mélange. 
8I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
4­Le faïençage thermique, un problème lié à la structure 
Objectif: expliquer l’apparition des réseaux de faïençage thermique dans les RRA 
Quelques définitions: 
• Fatigue oligocyclique:
– matériau ductile et comportement plastique à l’échelle macroscopique. 
– la plasticité cyclique réduit les concentrations de contraintes en surface 
– état de surface homogène, création de réseau des fissures 
amorçage quasi – simultané 
• Fatigue à grand nombre de cycles: 
– la plasticité macroscopique est négligeable dans la phase d’amorçage  
– l’amorçage constitue la majorité de la durée de vie. 
– la durée de propagation est petite par rapport à la durée d’amorçage. 
9I ­ La fatigue thermique dans les circuits RRA 
4­Le faïençage thermique, un problème lié à la structure 
• Fatigue à grand nombre de cycles  
– pas de différence de comportement sous chargement thermique et 
4 5mécanique entre 10  et 10  cycles [HADDAR 2003] 
– absence de réseau de fissures sous chargement mécanique 
– présence de réseau de fissures sous chargement thermique 
• Le faïençage thermique est un phénomène lié à la structure 
– fissure circonférentielle dans un tube mine, infiniment long 
– sous à un signal thermique sinusoïdal en peau interne 
– et une condition de flux nul en peau externe 
– simulation par éléments finis (Modèle axisymétrique)
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