The swelling mechanisms of U3Si2 under neutron irradiation in reactor conditions are not unequivocally known. The limited experimental evidence that is available suggests that the main driver of the swelling in this material would be fission gases accumulation at crystalline grain boundaries. The steps that lead to the accumulation of fission gases at these locations are multiple and complex. However, gradually, the gaseous fission products migrate by diffusion. Upon reaching a grain boundary, which acts as a trap, the gaseous fission products start to accumulate, thus leading to formation of bubbles and hence to swelling. Therefore, a quantitative model of swelling requires the incorporation of phenomena that increase the presence of grain boundaries and decrease grain sizes, thus creating sites for bubble formation and growth. It is assumed that grain boundary formation results from the conversion of stored energy from accumulated dislocations into energy for the formation of new grain boundaries.This thesis attempts to develop a quantitative model for grain subdivision in U3Si2 based on the above mentioned phenomena to verify the presence of this mechanism and to use in conjunction with swelling codes to evaluate the total swelling of the pellet in the reactor during its lifetime.

Ce travail vise à améliorer la compréhension des mécanismes et de la dynamique de sous-structuration des grains pendant la deformation des matériaux polycristallins. Pour cela, des experience in situ en synchrotron et des acquisitions EBSD ont été menées afin d’étudier les comportements des grains individuels d’un polycrystal d’Aluminium déformé plastiquement. Une éprouvette d’un alliage Al-0.1%Mn a été déformée en traction in situ et analysée par microscopie 3D par diffraction des Rayons-X (3DXRD). Une nouvelle méthode de dépouillement a été développée pour determiner les axes de désorientation intragranulaires et les distributions d’orientation, grâce à l’analyse de l’élargissement azimutal des taches de diffraction. La technique EBSD a été appliquée pour obtenir des cartographies de désorientation des grains individuels d’une éprouvette déformée en traction. Trois acquisitions ont été réalisées sur la même région d’intérêt à l’état non déformé et après l’application des deformations 1% et 5%. Ces résultats permettent une meilleure comprehension de la formation et de l’évolution des gradients d’orientations intragranulaires, et son ten bon accord avec les modèles théoriques pré-existants. Aussi, la caractérisation de la sous-structuration des grains et de la deformation intragranulaire a été réalisée grâce à la technique K-map. La deformation était très hétérogène avec des valeurs élevées de compression et de traction à l’intérieur des grains et en proximité de deux joints de grains, respectivement. La distribution de la norme des vecteurs de diffraction a montré que les dislocations sont à l’origine de la deformation. / This work aims to improve the understanding of grain sub-structuration mechanisms and dynamics during deformation of polycrystals. For this purpose, in situ synchrotron experiments and EBSD acquisitions were coupled to study the response of single grains of an Al-0.1%wt.Mn polycrystal during tensile deformation. The specimen deformed in situ at the synchrotron was analyzed by 3DXRD. A new method provided a grain-by-grain analysis of the intragranular misorientation axes and their orientation distribution, through the investigation of the azimuthal broadening of diffraction spots. The 3DXRD results were cross-checked by classical EBSD analysis. Three acquisitions were carried out over the same region of interest at the undeformed state and after the application of 1% and 5% strain. Thanks to the available spatial resolution, the EBSD results allow for a better comprehension of the creation and dynamics of intragranular orientation gradients, and are in good agreement with pre-existing theoretical models. In addition, the characterization of grain sub-structuration and intragranular strain was performed through a novel X-Ray scanning technique, the K-map. The strain was found to be very heterogeneous with high compressive and tensile values in the grain interior and near two grain boundaries, respectively. Dislocations were found to be at the origin of deformation.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20703号 / 工博第4400号 / 新制||工||1684(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 辻 伸泰, 教授 乾 晴行, 教授 安田 秀幸 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM