Des ondes ultrasonores pour tout savoir des combustibles nucléaires

« En une seule mesure, contre deux habituellement, nous sommes capables de déterminer la valeur du module d’élasticité  d’un combustible nucléaire irradié » explique Didier Laux, Maître de Conférences à  l’Institut d’Electronique du Sud, (CNRS/Université de Montpellier 2). Voilà l’enjeu, réussir à connaitre les propriétés mécaniques d’un matériau radioactif, de façon à prévoir l’évolution des ses propriétés tout au long de son utilisation dans un réacteur nucléaire, et ce à l’échelle micrométrique.

Pour réussir cette mesure, les chercheurs de l’équipe Micro et RhéoAcoustique de l’Institut d’Electronique du Sud ont adapté un microscope acoustique haute fréquence aux contraintes et difficultés de travailler sur un matériau hautement radioactif. Il a donc fallu modifier l’ensemble de l’instrument : l’électronique, le capteur, le traitement du signal ainsi que la mécanique. Tout d’abord, le capteur acoustique  a été blindé. Celui  utilisé est fait de silice de très grande pureté dans laquelle une petite cavité hémisphérique a été creusée pour servir de lentille. Un liquide placé à l’intérieur évite l’effet miroir induit par les différences d’indice.

Puis toute l’électronique a été déportée à plus de dix mètres de distance, au-delà du mur protecteur composé de quelques mètres de bétons ainsi que de  verre plombé,  séparant le combustible de l’opérateur. Evidemment, l’ensemble du dispositif est télécommandé. « Nous avons beaucoup travaillé sur le traitement du signal car les radiations génèrent énormément de parasites » précise Gilles Despaux Professeur à l’Institut d’Electronique du Sud.

Une fois l’ensemble du dispositif résistant à la radioactivité, les scientifiques peuvent réaliser leurs mesures. Celles-ci s’effectuent en deux temps : détermination de la position du capteur puis mesure du module d’élasticité. « Nous effectuons une image acoustique de la surface ou de la sous-surface. Cela nous permet de repérer la position des fissures et de placer le capteur à un endroit sans fissure, avec une précision d’une dizaine de micromètres. » détaille Gilles Despaux. L’utilisation de la haute fréquence (jusqu’à 200MHz) permet effectivement d’atteindre une telle résolution micrométrique.

Pour réaliser l’image, le capteur se déplace par rapport à l’objet, l’image est ensuite reconstituée point par point. La mesure du module élastique prend à peine quelques secondes, tandis que l’image demande quelques minutes.

Ainsi, grâce à ce microscope acoustique adapté à la radioactivité, il est désormais possible d’accéder aux propriétés mécaniques d’un matériau  hautement  radioactif en une seule mesure et en toute sécurité.

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique