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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Perspectives5. Techniques de caractérisation de l'évolution des matériaux
La compréhension des mécanismes ainsi que la pertinence et la robustesse des modèles utilisés passent nécessairement par un couplage étroit avec l'expérimentation, et notamment par une caractérisation la plus fine possible des évolutions microstructurales et de leurs conséquences sur les propriétés d'usage des matériaux. Ce sont en effet les techniques fines de caractérisation qui permettent d'identifier les phénomènes physiques à modéliser et de mesurer leurs caractéristiques, donc de fournir les données empiriques indispensables aux modèles, de caler les paramètres et de valider les modèles en confrontant leurs prévisions à l'expérience.
Avec les nouvelles techniques disponibles, il est possible aujourd'hui d'associer l'irradiation, la modélisation et l'observation à la même échelle. Parmi les techniques utilisées comme la microscopie électronique analytique en transmission, l'analyse de surface par spectroscopie Auger et la diffusion des neutrons aux petits angles, la sonde atomique tomographique occupe une place éminente puisqu'elle permet l'analyse atome par atome, en 3D, avec une résolution spatiale qui a pratiquement atteint la résolution atomique vraie, et pour des volumes de matière identiques à ceux des « boîtes » de calcul.
Le couplage de la modélisation avec l'expérimentation est indispensable également pour assurer la représentativité des irradiations expérimentales et la validité des extrapolations en fonction de la durée, de la température, du flux, du débit de dose, de la nature et de l'énergie des particules incidentes : en effet, seule la modélisation permet de déduire avec une certaine vraisemblance le comportement sous flux de neutrons à partir du comportement observé sous flux de particules chargées, d'ions ou d'électrons (voir encadré « Irradiations expérimentales par des particules chargées »).
Les techniques à utiliser pour caractériser l'évolution des matériaux utilisés dans les REP, et tout particulièrement leur évolution sous irradiation, doivent permettre :
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d'identifier des petits précipités ou amas dont la taille est de l'ordre du nanomètre, d'analyser leur composition chimique, et de les quantifier en taille et en densité ;
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de distinguer les petites boucles de dislocations des microcavités et des petites bulles de gaz ;
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d'analyser précisément les éléments...
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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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