Matériaux du nucléaire

Responsable : Bertrand Radiguet

Membres de l’équipe : A. Etienne (IR), R. Henry (IR), C. Pareige (Pr), P. Pareige (Pr), B. Radiguet (MCF), S. Rouland (MCF),

 

Notre recherche, internationalement reconnue, sur les matériaux de structures des réacteurs nucléaires, s'appuie sur une expertise développée au GPM depuis plus de 30 ans.  Nous entreprenons l'étude des effets d’irradiations à partir des approches les plus fondamentales jusqu'aux verrous technologiques les plus importants du domaine. La construction d’une plateforme dédiée à l’étude des matériaux radioactifs (EQUIPEX GENESIS) et un laboratoire commun avec EDF R&D (EM2VM) forme aujourd'hui un cadre idéal à ces activités de recherche qui s'articulent autour de deux axes : 

  • Le vieillissement des matériaux de structure des réacteurs à eau pressurisée (REP)
  • Le développement des matériaux des réacteurs nucléaires de demain i.e. les réacteurs de génération 4, la fusion mais également les nouveaux objectifs à moyens termes de la filière : le développement de l’EPR2 et des SMR (Small Modular Reactor). 

Dans les deux cas, les objectifs sont la compréhension des mécanismes de vieillissement, que ce soit sous vieillissement thermique (aciers duplex du circuit primaire des REP par exemple) ou sous irradiation (aciers faiblement alliés, aciers inoxydables…), et lorsque des données sur les propriétés mécaniques existent, la compréhension des liens entre évolution de la microstructure et ces propriétés. 

En collaboration avec nos partenaires académiques et industriels, au plan national et international (EDF, ATRON, CEA, SCK-CEN (Belgique), CIEMAT (Espagne), CRIEPI (Japon), HZDR (Allemagne), Petten (Pays Bas), USA (UNL), …) nos objectifs portent sur:

  1. La compréhension des mécanismes de vieillissement thermique et sous irradiation :

     Cette recherche est centrale dans la thématique des matériaux du nucléaire. Grâce aux possibilités offertes par la plateforme GENESIS qui a été inaugurée en 2017 et ouverte aux matériaux actifs en 2019, il est désormais possible de sélectionner les zones où prélever les échantillons dans des matériaux massifs irradiés aux neutrons de les analyser à fine échelle, en sonde atomique et/ou microscopie électronique (traction in situ, température) permettant de corréler chimie, défauts cristallins et propriétés mécaniques. Une attention particulière porte sur le rôle des hétérogénéités métallurgiques (carbures, inclusions) et de la ségrégation sous irradiation (interfaces, joint de grains) et leur influence sur le comportement mécanique. 

     

  2. Relation microstructure - Propriétés mécaniques :

     La question des relations entre évolution des microstructures et propriétés mécaniques est abordée au sein de l’équipe depuis plusieurs années. Nous développons des essais à fine échelle (nanoindentation, compression de micropilliers…) ex situ ou in situ dans notre microscope électronique à balayage ou en transmission (traction in situ). L’analyse chimique par sonde atomique d’échantillons prélevés au cœur de ces spécimens contraints est une source nouvelle d’informations sur les mécanismes de déformation et leurs effets.

     

  3. Influence de la nature des particules incidentes :

     Les études sur des échantillons du programme de surveillance ou issus de campagnes d'irradiation dans des réacteurs expérimentaux sont indispensables mais expérimentalement extrêmement couteuses, impliquent des durées d'irradiation longues et la manipulation d'échantillons actifs. Nous sommes donc amenés à utiliser des sources alternatives à base d’ions ou électrons. Nous développons actuellement en partenariat avec la société CERAP/ATRON une nouvelle approche d’irradiation aux électrons permettant d’atteindre des doses (0.1 dpa) jusqu’alors inimaginables en des temps très courts (2 semaines) sur des massifs. Cette première mondiale ouvre des travaux fondamentaux exceptionnels. Si l’on sait maintenant que ni ions, ni électrons, ni protons ne peuvent reproduire les effets des neutrons, la compréhension des différences est essentielle pour la transférabilité des résultats.