Conductivité thermique d’une céramique affectée par un réseau de fissures localisées aux joints de granulats : simulations 2D de l’effet d’une distribution bimodale de taille de granulats
Les matériaux céramiques obtenus par frittage présentent une porosité qui peut être plus ou moins marquée et dont les caractéristiques morphologiques varient fortement d’un matériau à l’autre. Cette porosité peut avoir une forte influence sur leur comportement thermique en dégradant leur conductivité thermique. Il est alors important de comprendre précisément le rôle que joue cette porosité sur le comportement thermique de ces matériaux.
Les matériaux étudiés sont des céramiques de dioxyde d’Uranium (UO2) susceptibles de présenter un réseau de porosité très développé à l’issu du frittage. Pour les céramiques caractérisées ici, ce réseau se particularise par la présence d’une porosité de forme fine et allongée qui peut être assimilée à un réseau de fissures. Cette porosité est appelée porosité "filamentaire" en référence à sa forme.
Un modèle numérique a été développé pour évaluer l’influence de la porosité de céramiques UO2 sur leur comportement thermique. Ce modèle repose sur des simulations numériques par champs complets (méthode FFT) réalisées sur des microstructures synthétiques. Pour que le modèle prédise correctement la conductivité thermique de ces céramiques, il est essentiel que les microstructures synthétiques soient fidèles aux microstructures des céramiques étudiées.
Par rapport aux microstructures synthétiques de référence, présentées dans des travaux antérieurs, de nouvelles considérations sont faites. Sont notamment étudiés, la possibilité de considérer une distribution bimodale de taille de granulats ainsi qu’une orientation préférentielle de la porosité. L’influence de ces deux ingrédients sur les paramètres morphologiques des microstructures sont ensuite évalués en comparant les résultats obtenus par caractérisation sur ces microstructures à ceux obtenus sur les microstructures de référence et sur les microstructures des céramiques étudiées.
L’influence d’une distribution bimodale de taille de granulats et d’une orientation préférentielle de la porosité sur le comportement thermique des différentes microstructures est également évalué en réalisant des simulations numériques 2D (méthode FFT) sur des coupes des microstructures. Les simulations thermiques caractérisent ainsi le comportement de microstructures virtuelles présentant des fissures rubans (infinies dans la direction opposée au plan d’observation), ce qui exacerbe l’effet de ces fissures sur les propriétés thermiques simulées.