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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 436 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 27 Mo |
Extrait
THÈSE
présentée par
Mathieu MARCET
pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
de l’Université d’Aix-Marseille II
Spécialité : Sciences des Matériaux, Physique, Chimie et
Nanosciences
ÉTUDE DE LA FRACTURATION MÉCANIQUE DE
LA STRUCTURE A HAUT TAUX DE COMBUSTION
DES COMBUSTIBLES IRRADIES (RIM) EN
TRAITEMENT THERMIQUE
Soutenue le 07 décembre 2010 devant la commission d’examen
M. Philippe MAUGIS Président Professeur, Université d’Aix-Marseille III
M. Lionel DESGRANGES Directeur de thèse Expert sénior, CEA Cadarache
M. Yves PONTILLON Encadrant CEA Expert sénior, CEA Cadarache
M. Dominique GOSSET Examinateur Ingénieur chercheur, CEA Saclay
M. Tony MONTESIN Rapporteur Professeur, Université de Dijon
M. François VALDIVIESO Rapporteur Maître Assistant HDR, Ecole Nationale
Supérieure des Mines de Saint-Étienne
Thèse préparée au sein du Laboratoire d’Analyse de la MIgration des Radioéléments au
Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives
CEA Centre d’études de Cadarache (CEA/DEN/CAD/DEC/SA3C/LAMIR)
1REMERCIEMENTS
Ces travaux de thèse ont été réalisés au Laboratoire d’Analyse de la MIgration des
Radioéléments (LAMIR) du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives
de Cadarache. Je tiens à remercier tout d’abord M. François SUDREAU, chef du Service
d’Analyse et de Caractérisation du Comportement des Combustibles (SA3C) pour m’avoir
accueilli dans son unité. Je remercie également M. Christian GONNIER et M. Eric HANUS,
successivement chef du Laboratoire d’Analyse de la MIgration des Radioéléments, pour avoir
soutenu ce projet dès ses débuts et m’avoir donné les moyens de le mener à bien.
J’ai beaucoup apprécié la présidence du jury de cette thèse conduite par M. Philippe
MAUGIS, Professeur à l’Université d’Aix-Marseille III. Je lui adresse ici mes plus sincères
remerciements.
Je remercie avec l’expression de ma plus vive reconnaissance M. Tony MONTESIN,
Professeur à l’Université de Dijon et M. François VALDIVIESO, Maître Assistant HDR à
l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne pour avoir accepté d’examiner ces
recherches et d’en être les rapporteurs. Je remercie de plus M. François VALDIVIESO de
m’avoir accueilli dans son laboratoire pour l’élaboration des pastilles crues en alumine.
Je remercie également M. Dominique GOSSET, Ingénieur chercheur au CEA de Saclay
pour l’intérêt qu’il a manifesté envers ce travail en s’associant à son examen et pour les
judicieuses remarques qu’il a apportées.
Je remercie ici tout particulièrement M. Lionel DESGRANGES et M. Yves
PONTILLON, tous deux Expert sénior au CEA de Cadarache qui ont dirigé et encadré ces
travaux de recherche avec beaucoup d’attention et de ferveur tout au long de ces trois années.
Je les remercie vivement pour l’intérêt qu’ils ont toujours témoigné à l’égard de ce sujet
(surtout sur l’hypothèse de la déformation structurale du RIM en température), pour les
nombreuses suggestions et discussions que nous avons eues sur ces travaux et pour leur
soutien actif dans l’achèvement et la réussite de cette étude.
2Ce travail n’aurait pas connu une telle ampleur sans la collaboration chaleureuse et fort
sympathique de nombreuses autres personnes. Je remercie tous ceux et celles qui ne sont pas
mentionnés ici et qui ont contribué à la bonne réalisation de ma mission au CEA et à
l’extérieur.
Je tiens à remercier tous les membres du laboratoire avec lesquels j’ai eu l’occasion de
travailler dans une ambiance très agréable. Je remercie avec beaucoup d’intérêt l’équipe de
traitements thermiques Mme Hélène CAPDEVILLA, Mme Sidonie CLEMENT, M. Vincent
MARTY, Mme Marina PONTILLON, M. Guillaume VOLLE et M. Julien PIQUEMAL.
J’associe à ces remerciements les personnes de l’Installation Nucléaire de Base LECA-
STAR sans qui les travaux sur combustibles irradiés n’auraient pu être réalisés. Je remercie en
particulier tous les membres du Laboratoire d’Etudes de la Microstructure des Combustibles
Irradiés (LEMCI) pour les préparations et caractérisations des échantillons irradiés pour mes
travaux.
Je tiens à remercier Mme Françoise BOURREE, Mme Florence PORCHER et M.
Bernard RIEU pour m’avoir accueilli sur la ligne 3T2 du réacteur Orphée au Laboratoire
Léon Brillouin du CEA Saclay et pour la réalisation des expériences de diffraction de
neutrons. Je remercie également l’équipe mixte CEA - CNRS Matériaux Fonctionnels pour
l’Energie et plus particulièrement M. Gianguido BALDINOZZI pour son accueil chaleureux
et son aide précieuse pour les expériences de diffraction X.
Je remercie également toutes les personnes du Laboratoire Combustible Uranium (LCU)
de Cadarache et plus particulièrement M. Eric BERTRAND, M. Pierre MATHERON, Mme
Laetitia SILVESTRE de l’équipe fabrication, Mme Xavière ILTIS, Mme Hélène
ROUQUETTE, M. Nicolas TARISIEN de l’équipe caractérisation et M. Eric VINCON
responsable des transports de matière nucléaire du Laboratoire UO à Cadarache. 2
J’ajoute à ces remerciements Mme Isabelle FELINES pour sa bonne humeur et son
dévouement pour la réalisation des expériences au MEB environnemental. Je remercie
également M. Jean-Marie GATT et M. Jérôme SERCOMBE du Laboratoire de Simulation
des Combustibles pour l’aide très précieuse qu’ils m’ont apportée dans le cadre de la
modélisation mécanique de mon étude.
3Un grand merci à Mme Corine FARNAUD et Maria LENTO pour leur aide
administrative au quotidien et leur présence amicale au cours de ces années passées ensemble.
J’ai une pensée pour tous les amateurs de foot avec lesquels j’ai pu jouer régulièrement
sur le terrain de Cadarache et plus particulièrement pour notre gardien M. Frédéric BONNIN
qui a repris son activité sportive après une retraite partielle, M. Nicolas TARISIEN avec qui
l’on se retrouvait après quelques heures de travail au MEB, M. Arnaud BENEDETTI, M.
Christophe BERTRAND, M. Loïc ESNAULT et M. Thibault TRUPHEMUS.
J’ai une pensée toute particulière pour les doctorants M. Jérôme ALLENOU et M. Julien
BRICOUT du Laboratoire Combustible Uranium que j’ai côtoyé durant ces années et pour les
moments passés ensembles et pour tous les doctorants du Laboratoire des Lois de
Comportement des Combustibles (LLCC) et M. Dario PIECK qui poursuit une partie de mes
travaux de recherche dans le cadre de sa thèse.
Enfin, l’aboutissement de ce travail est indissociable des encouragements et du soutien
inestimables de ma famille et de mes amis que je remercie infiniment.
4SOMMAIRE GÉNÉRAL
REMERCIEMENTS ........................................................................................... 2
INTRODUCTION GENERALE ....................................................................... 9
CHAPITRE I : CONTEXTE DE L’ETUDE – BIBLIOGRAPHIE ............. 12
I.1 L’ENERGIE NUCLEAIRE : DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE A LA CERAMIQUE
COMBUSTIBLE ...................................................................................................................... 14
I.1.1 Principe de fonctionnement d’un Réacteur à Eau Pressurisée [1] à [4] .............. 15
I.1.2 Description du cœur du réacteur ......................................................................... 16
I.1.2.1 L’assemblage combustible ................................................................ 17
I.1.2.2 Le crayon combustible ...................................................................... 18
I.1.2.3 Le combustible nucléaire .................................................................. 19
I.2 COMPORTEMENT DE LA CERAMIQUE UO EN REACTEUR ......................................... 202
I.2.1 Conditions d’irradiation en fonctionnement nominal ......................................... 20
I.2.2 Production de la chaleur ...................................................................................... 21
I.2.3 Formation des produits de fission [17] ................................................................ 22
I.2.4 Evolution de la céramique jusqu’à 40 GWj/t .................................................... 24m
I.3 ÉTUDES DE SURETE SUR LES COMBUSTIBLES A FORT TAUX DE COMBUSTION ........... 26
I.3.1 L’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) ........................................ 26
I.3.2 Reactivity Initiated Accident (RIA) .................................................................... 27
I.3.3 Etudes en fonctionnement accidentel : Simulation par Traitement Thermique .. 27
I.4 COMBUSTIBLES A FORT TAUX DE COMBUSTION ..............................................