Les cœurs de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na ) sont constitués d’assemblages combustibles disposés selon un réseau hexagonal régulier, compact en régime de fonctionnement nominal.Sous l’effet de l’irradiation et de la température, les assemblages sont amenés à se déformer axialement et radialement.Les objectifs de cette thèse sont la compréhension des phénomènes neutroniques intervenant lors d’une telle déformation du cœur, l’impact sur la conception ainsi que la mise au point de schémas de calcul neutroniques déterministes innovants aptes à en évaluer l’amplitude.La première partie de ces travaux est dédiée au développement d’une modélisation analytique des causes de variations de réactivité lors de la déformation du cœur. Cette analyse a permis d’identifier à la fois les causes de ces variations de réactivité et l’impact du déplacement des assemblages en fonction de leurs directions et de leurs positions dans le cœur.Un premier schéma neutronique basé sur la méthode de projection de maillage a été conçu et développé à l’aide des codes ERANOS (BISTRO, H3D et VARIANT) et du solveur SNATCH Le deuxième schéma conçu se base sur la transformation géométrique du maillage de calcul : le maillage est modifié en fonction du champ des déformations des assemblages. Cette fonctionnalité a été implémentée pour le solveur SNATCH, initialement prévu pour la résolution de l’équation de Boltzmann pour de mailles régulières.Enfin un modèle itératif basé sur la méthode de projection de maillage a été mis en place afin de déterminer les champs de déformations les plus réactifs en fonction de l’énergie mécanique fournie au cœur dans sa configuration nominale. / The fuel assemblies of SFR cores (sodium fast reactors) are normally arranged in hexagonal regular lattices, whose compactness is ensured in nominal operating conditions by thermal expansion of assemblies pads disposed on the six assembly wrapper faces.During the reactor operations, thermal expansion phenomena and irradiation creep phenomena occur and they cause the fuel assemblies to bow and to deform both radially and axially.The main goal of this PhD is the understanding of the neutronic aspects and phenomena occurring in case of core and lattice deformations, as much as the design and implementation of deterministic neutronic calculation schemes and methods in order to evaluate the consequences for the core design activities and the safety analysis.The first part of this work is focused on the development of an analytical model with the purpose to identify the neutronic phenomena that are the main contributors to the reactivity changes induced by lattice and core deformations.A first scheme based on the spatial mesh projection method has been conceived and implemented for the ERANOS codes (BISTRO, H3D and VARIANT) and to the SNATCH solver.The second calculation scheme propose is based on mesh deformation: the computing mesh is deformed as a function of the assembly displacement field. This methodology has been implemented for the solver SNATCH, which normally allows the Boltzmann equation to be solved for a regular mesh. Finally, an iterative method has been developed in order to fulfill an a-priori estimation of the maximal reactivity insertion as a function of the postulated mechanical energy provided to the core, as much as the deformation causing it.

Ces travaux s’intègrent dans la recherche de solutions alternatives aux alliages de brasure pour les assemblages de puissance. De par les propriétés intrinsèques de l’argent et les premiers travaux publiés, le frittage de pâte d’argent a été sélectionné comme technique d’assemblage pour être étudiée et évaluée. Après avoir effectué un état de l’art sur la structure d’un module de puissance, sur les différentes techniques d’assemblage, la fiabilité des assemblages et le frittage, différents essais ont été menés en partenariat avec les projets FIDEA et ASPEEC. Ils nous ont permis de définir des procédés d’assemblages, de caractériser thermiquement et mécaniquement les assemblages frittés et d’évaluer la fiabilité de ces assemblages par des essais expérimentaux et des simulations numériques. Ces travaux nous ont permis au final de réaliser un prototype d’assemblage double face fonctionnel aux propriétés thermomécaniques supérieures à celles d’un assemblage brasé. / This work is part of the research for lead-free die-attach solutions for power modules to offer a solution to the European directive RoHS, which banishes lead in electrical and electronic equipments. The intrinsic silver properties and the previous work published helped us choose silver sintering as the die-attach technology to be tested and evaluated in our work. After a state of the art on power module structure, on different die-attach technologies and on power module reliability, various works have been carried out in collaboration with the FIDEA and ASPEEC projects. Through experimental tests and finite element modeling analysis (FEM), die-attach processes have been defined, thermal and mechanical characterizations and reliability assessment of silver sintered power modules have been done. Finally, a silver sintered rectifier bridge double side assembly with higher thermomechanical properties than a lead-solder die-attach assembly was developed as final prototype.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet GENOME (GEstioN OptiMisée de l’Energie). Ce projet s’intéresse aux solutions de packaging haute-température pour des modules de puissance 40 kW embarqués en aéronautique. Ils s’intègrent dans l’étude de fiabilité des modules de puissance, notamment, les solutions alternatives aux alliages de brasure. De par leurs propriétés physiques, l’argent et l’or-étain ont été sélectionnés comme techniques d’assemblage afin d’étudier et d’évaluer leur fiabilité. Pour ce faire, une méthodologie d’étude de fiabilité des modules de puissance a été définie dans le but de garantir l’exploitabilité des résultats. Ensuite, des analyses destructives et non-destructives ont été réalisées sur des véhicules de tests. Ceux-ci ont été vieillis en cyclages thermiques suivant différents profils afin de comparer leurs influences sur la fiabilité des VTs. L’étude du comportement thermomécanique des assemblages de puissance a été réalisée à l’aide de modélisations par éléments finis. Une méthodologie d’évaluation de la fiabilité des assemblages, basée sur l’étude de la contrainte thermomécanique accumulée dans les couches de joints métalliques, au cours de vieillissements accélérés, est développée. Un deuxième axe devrait permettre de comprendre les modes de défaillance, afin de mettre en lumière les limitations des vieillissements accélérés sévères. / This work is part of “GENOME” project which focuses on high-temperature packaging solutions for electronic power modules. Its mission is to study the reliability of power modules, in particular, the die attach layer. Due to the physical properties of silver and gold-tin, they were selected as die bonds to assess the evolution of their reliability during ageing. In order to achieve this, an appropriate methodology of the power modules reliability has been defined in order to guarantee the results exploitability. Destructive and non-destructive analyzes were carried out on samples aged by different profiles of thermal cycling. These analyzes allowed us to compare the influence of each cycling profile on the reliability of samples. A study of the thermomechanical behavior of power assemblies was carried out using finite element modeling (FEM). A methodology for evaluating the reliability of assemblies during accelerated ageing is developed. A second axis allows us a better understanding of the failure modes and their effects. It also highlights the limitations of severe accelerated ageing. Consequently, the choice of temperature profile is questioned and a limitation of the temperature profile severity must be considered, in order to avoid producing degradations that are not actually found in mission profile.