Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Alain BARBU : CEA DMN, service de recherche en métallurgie physique
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Jean-Paul MASSOUD : EDF R&D, département matériaux et mécanique des composants
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Lire l’articleINTRODUCTION
Comme dans toute installation industrielle, les matériaux des chaudières nucléaires à eau sous pression (REP) sont soumis en service à des sollicitations de nature mécanique, thermique ou chimique, pour des durées de fonctionnement particulièrement longues : 40 ans, voire 60 ans. De manière plus spécifique, les matériaux les plus proches du combustible nucléaire sont soumis à un intense bombardement de particules (principalement neutrons) provenant des réactions nucléaires du cœur.
Les endommagements qui sont susceptibles d'en résulter sont nombreux et variés : vieillissement par irradiation (sous l'effet du bombardement neutronique), vieillissement thermique (sous l'effet de la température de fonctionnement, autour de 300 °C), amincissement par usure (sous l'effet des frottements) ou par corrosion généralisée (sous l'effet du milieu chimique), ou encore corrosion sous contrainte, etc.
La compréhension du comportement des matériaux du cœur des réacteurs au cours du fonctionnement dans des conditions parfois agressives, en particulier à cause des phénomènes d'irradiation, est donc une préoccupation majeure de l'industrie nucléaire et leur prévision sur de très longues périodes une nécessité.
Les principaux modes de dégradation hors irradiation et sous irradiation de ces matériaux seront décrits dans la suite du texte ainsi que les moyens de prévision de leur comportement à l'aide de modèles à base physique.
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Techniques de caractérisation de l'évolution des matériaux4. Prévision de l'évolution des matériaux sous irradiation à l'aide de modèles à base physique
Les méthodes de simulation numérique (§ 4.4) se développent de plus en plus pour tenter de rendre compte de l'évolution des propriétés d'usage des matériaux (figure 8) : modélisation de la liaison chimique (par des calculs de structure électronique), modélisation à l'échelle atomique des collisions nucléaires (par des méthodes comme la dynamique moléculaire), modélisation des cinétiques lentes d'évolution microstructurale (par des méthodes déterministes ou stochastiques), et enfin passage de la microstructure aux propriétés mécaniques.
La modélisation du dommage d'irradiation est particulièrement complexe compte tenu des domaines spatiaux et temporels à couvrir : de l'échelle atomique à laquelle se situe le dommage élémentaire, à l'échelle macroscopique de la pièce à laquelle se situent les conséquences sur le comportement, soit une échelle des temps allant de la picoseconde (voire de la femtoseconde dans le cas des excitations électroniques) à quelques dizaines d'années pour couvrir la durée de vie des réacteurs (figure 8).
4.1 Dommage primaire : dynamique rapide
Il se produit sur des durées inférieures à la seconde lors de l'interaction des particules irradiantes avec le matériau. Il ne peut être traité qu'à l'échelle atomique, voire électronique.
HAUT DE PAGE4.1.1 Dommage balistique des métaux et isolants
Il s'agit de la création d'un défaut par choc élastique, résultat d'un transfert d'énergie cinétique de la particule incidente vers l'atome cible. Lorsque ce transfert est suffisant, l'atome choqué peut à son tour déplacer d'autres atomes et donner naissance à une cascade de déplacements. La modélisation de ce phénomène repose actuellement sur des codes de dynamique moléculaire. La technique est éprouvée, les moyens numériques ne cessent d'augmenter en puissance, mais leur qualité dépend fortement des...
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Prévision de l'évolution des matériaux sous irradiation à l'aide de modèles à base physique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DESGRANGES (C.) - Compréhension et prédiction du comportement sous irradiation neutronique d'alliages absorbants à base d'argent - . Rapport CEA-R-5805 (1998).
-
(2) - AKAMATSU (M.), al - L'irradiation de la cuve : un phénomène sous surveillance - . Revue Générale Nucléaire No 6, Novembre-Décembre 1993, pp. 391-397.
-
(3) - FRELY (E.) - Étude des interactions entre effets d'irradiation et effets d'ordre chimique dans les alliages ternaires Ni-Cr-Fe - . Rapport CEA-R-5756 (1997).
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(4) - LEMAIGNAN (C.) - Science des Matériaux pour le nucléaire - . Collection Génie Atomique. EDP Sciences (2004).
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(5) - ZAOUI (A.), coll - Matériaux du nucléaire - . Rapport sur la Science et la Technologie no 5, juillet 2000. Académie des Sciences. Éditions TEC et DOC.
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