Tribologie pour le nucléaire : Fission & Fusion
Le développement de l’énergie nucléaire, à travers les réacteurs à fission (réacteurs PWR) puis, à plus long terme, à travers les réacteurs à fusion (projet DEMO) , implique l’amélioration des technologies d’échangeurs thermiques et des assemblages de combustible, afin de les rendre plus performants et plus durables.
Un enjeu critique de ces technologies concerne les endommagements par impact-fretting (usure induite par des micro-glissements alternés), observés notamment entre les gaines de combustible en Zircaloy et les grilles d’assemblage (ressorts et bossages en Inconel), sous l’effet des turbulences générées par la circulation du fluide caloporteur (Fig. 1a). Ce type de dégradation est également observé dans les échangeurs thermiques de type « swirl-channel » des réacteurs à fusion comme ITER et DEMO (Fig. 1b). Ces endommagements peuvent entraîner la perforation des gaines ou des tubes, compromettant ainsi le bon fonctionnement des réacteurs nucléaires.
Le CMAT de l’École des Mines de Paris, en collaboration avec Framatome et le CEA, a mis en place un programme de recherche (thèses, post-doctorats) visant à étudier expérimentalement ces phénomènes, à établir des lois d’usure, et à modéliser localement les cinétiques d’usure générées au niveau des contacts entre les gaines et les grilles de maintien du combustible.
À terme, l’objectif est de pouvoir prédire la durée de vie de ces assemblages vis-à-vis des sollicitations d’impact-fretting, mais aussi — et surtout — de développer des traitements de surface palliatifs permettant d’augmenter la longévité de ces contacts.
Pour Framatome, l’enjeu est de concevoir des réacteurs nucléaires de nouvelle génération, plus performants et nécessitant moins de maintenances. Du côté du consortium ITER, l’objectif est de préparer la mise en œuvre de futurs réacteurs à fusion (DEMO) capables de produire de l’électricité de manière optimisée et durable.
Contacts : Siegfried Fouvry, Pierre Arnaud, Yazid Madi
Centre : Centre des Matériaux (CMAT)
