Le sujet de thèse porte sur une voie envisagée pour la fabrication des combustibles pour les réacteurs nucléaires de IVème génération. L’objectif est de fabriquer des pastilles contenant de la porosité ouverte. La maîtrise de l’empilement granulaire dès l’étape de compaction est le cœur du sujet. Les travaux de thèse conduits au CEA de Cadarache au sein du Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU), ont consisté à mettre en place une chaîne d’émission acoustique reliée à une presse instrumentée dans le but d’identifier les phénomènes de compaction des particules d’UO2 (fragmentation et réarrangement) aux bruits qui les caractérisent.
Encadrement
-* Directrice de thèse et encadrant : [N. Favretto-Cristini->auteur62] (LMA) et Philippe SORNAY (CEA)
-* Organisme rémunérant : Allocation CEA
Jury
-* Fabrice ROSSIGNOL, Directeur de Recherche CNRS, Centre Européen de la Céramique, Rapporteur
-* Vincent TOURNAT, Directeur de Recherche CNRS, LAUM, Rapporteur
-* Maxime NICOLAS, Professeur des Universités AMU, Polytech Marseille, Examinateur
-* Fahrang RADJAI, Directeur de Recherche CNRS, LMGC, Examinateur
-* Pascal REYNAUD, Chargé de Recherche CNRS, INSA Lyon, MATEIS, Examinateur
-* Nathalie FAVRETTO-CRISTINI, Chargée de Recherche CNRS, LMA, Directrice de thèse
-* Philippe SORNAY, Docteur ingénieur CEA, Encadrant de Thèse, Examinateur
Résumé
Parmi les options à l’étude dans le cadre du recyclage des actinides mineurs (Neptunium,
Américium, Curium), l’une d’elles consiste à en incorporer 10% par rapport à la quantité totale
d’actinides et à obtenir un combustible nucléaire poreux. Les pores ouverts devraient permettre
d’évacuer le plus rapidement possible l’hélium et les gaz de fission dans le but de prévenir le
gonflement de la pastille de combustible et in fine son interaction avec la gaine qui l’entoure et
qui constitue la première barrière de confinement des centrales nucléaires.
La mise en œuvre des actinides mineurs oblige à travailler en cellule blindée, à proscrire les
ajouts de produits organiques et à diminuer au maximum leur rétention/séquestration. L’emploi
de particules fragmentables de plusieurs centaines de micromètres paraît une solution intéressante
pour la fabrication d’un combustible fritté à porosité ouverte contrôlée.
L’émission acoustique, technique acoustique passive facile à nucléariser, est mise en œuvre
pour suivre la fragmentation de particules d’UO2 plus ou moins fragiles. Nous avons tout d’abord
caractérisé le signal acquis lors de la fragmentation d’une seule particule, puis celui enregistré
lors de la compaction d’un lit de particules. L’analyse du signal brut a permis de déterminer
la contrainte à partir de laquelle les particules cessent de se fragmenter en grand nombre. La
discrétisation du signal a conduit à l’identification des formes d’onde caractéristiques de la
fragmentation.
Nous avons relié la cohésion et la taille des particules initiales à la porosité ouverte obtenue
après frittage et corrélé l’émission acoustique acquise au cours de l’étape de compaction à la
microstructure. Des pastilles poreuses à 10%, et dont les comprimés crus sont manipulables, ont
finalement été fabriqués.