Intégrité des revêtements protecteurs des gaines de combustible nucléaire irradiées et non irradiées, dans des conditions accidentelles – EFFICAC

La sûreté et la fiabilité des réacteurs nucléaires dépendent de manière critique des performances du combustible nucléaire, tant dans des conditions normales de fonctionnement que lors d'accidents. Les matériaux traditionnels de gainage du combustible, bien qu'efficaces en conditions normales, posent des risques significatifs pour la sécurité en cas d'accidents (par exemple, perte de réfrigérant primaire, LOCA).
En réponse à l'accident de Fukushima Daiichi et à la demande croissante des régulateurs et du public pour une amélioration de la sécurité des réacteurs, l'industrie nucléaire et la communauté de recherche ont développé des combustibles tolérants aux accidents (ATF), consistant en des systèmes de combustible et de gainage capables de mieux résister aux conditions accidentelles. Parmi les différents concepts d'ATF à l'étude, les gaines à base de zirconium revêtues de chrome sont apparues comme l'une des solutions les plus prometteuses à court terme. L'application d'une fine couche de chrome sur les gaines en alliage de zirconium conventionnelles améliore significativement leur résistance à l'oxydation à haute température, leur robustesse mécanique et leur mouillabilité, tout en conservant les propriétés neutroniques favorables du zirconium. Ces améliorations répondent directement aux mécanismes de défaillance clés observés lors des accidents nucléaires. Bien que certaines investigations aient été menées sur le matériau non irradié et son comportement en conditions normales et accidentelles, le comportement à long terme en réacteur des gaines revêtues de chrome, en particulier sous irradiation, est un domaine de recherche actif.
L'irradiation peut induire des changements microstructuraux, des transformations de phase, un gonflement et une fragilisation, affectant potentiellement l'intégrité du revêtement et son adhésion au substrat. De plus, la formation de fissures —que ce soit par cyclage thermique, chargement mécanique ou dommages induits par radiation—constitue une menace critique pour la fonction protectrice de la couche de chrome. Comprendre et caractériser le comportement de fissuration des gaines revêtues de chrome, tant en conditions irradiées que non irradiées, est donc essentiel pour valider leur performance à long terme et pour soutenir leur homologation et déploiement dans les réacteurs nucléaires commerciaux.
L'objectif principal du projet est de mieux comprendre et ainsi qualifier l'effet de l'irradiation sur le comportement des ATF revêtus de chrome en conditions transitoires par une étude expérimentale et analytique comparative. Les résultats obtenus alimenteront le développement de codes et de méthodes à utiliser pour soutenir la sécurité des centrales nucléaires.
Le projet proposé fournira une comparaison de référence solide entre les ATF revêtus de chrome irradiés et non irradiés en conditions transitoires. Il impactera également directement la précision des modèles de matériaux irradiés, améliorant ainsi les marges des études de sécurité en réduisant les incertitudes caractérisant le comportement du combustible en réacteur lors d'un scénario accidentel.