Fabrication, microstructures, caractéristiques et propriétés
Graphites et composites C/C pour réacteurs nucléaires de 4e génération

2.1 Graphites

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2.1.1 Matières premières et procédés de fabrication

Les graphites polycristallins sont obtenus par le mélange d’une poudre et d’un liant. Les poudres peuvent être des cokes de pétrole, des cokes de brai de houille (résidu de la distillation du goudron, lui-même issu de la pyrogénation de la houille), des cokes de schiste bitumineux, des graphites naturels ou artificiels, des noirs de carbone. Pour la fabrication des graphites de qualité nucléaire, les cokes de pétrole ou de brai de houille sont principalement utilisés.

Il existe plusieurs procédés de fabrication des graphites nucléaires, mais le schéma général demeure le même (figure 3).

Le coke sélectionné est broyé à la granulométrie souhaitée (inférieure à 1 mm pour les graphites pour les réacteurs de 4^e génération) puis mélangé à un liant (le plus souvent du brai de houille). Ce liant permet d’obtenir une pâte qui pourra ensuite être formée soit par filage, soit par compression (unidirectionnelle ou isostatique). À la suite du formage, les blocs sont cuits afin de transformer le liant en coke ; cette opération débute aux alentours de 500 °C et s’achève entre 800 °C et 1 200 °C selon les fabricants et les matières premières. Lors de cette opération, de nombreuses matières volatiles s’échappent des blocs et conduit généralement à une perte de masse de 10 %.

Les blocs subissent ensuite une étape d’imprégnation qui a pour but d’augmenter leur densité (en partie diminuée lors de l’étape de cuisson) et de renforcer leurs propriétés mécaniques futures. Cette étape est généralement réalisée à l’aide de brai de pétrole à une pression de 10 bar. Les graphites nucléaires envisagés pour les réacteurs de 4^e génération sont le plus souvent imprégnés 3 fois.

Les blocs sont ensuite portés à très haute température afin que les atomes de carbone présents dans les grains de cokes adoptent la structure cristalline...