Fragmentation du combustible nucléaire UO2 en environnement oxydant : Etude cinétique et phénoménologique

Ludovic Quémard (1) , Lionel Desgranges (1) , Vincent Bouineau (1) , Françoise Valdivieso (2, 3, 4) , Michèle Pijolat (2, 3, 4) , Nadine Millot (5) , Jean-Claude Nièpce (5) , Gianguido Baldinozzi (6, 7) , Arnaud Poulesquen (8)

1 LM2C - Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles
2 SPIN-ENSMSE - Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels
3 LPMG-EMSE - Laboratoire des Procédés en Milieux Granulaires
4 ProcESS-ENSMSE - Département Procédés et évolution des systèmes avec solides
5 LRRS - Laboratoire de Recherche sur la Réactivité des Solides
6 SPMS - Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides
7 LA2M - Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux
8 L3MR - Laboratoire de Mesures et Modélisation de la Migration des Radionucléides

Une des voies envisagées pour apporter de la flexibilité à la gestion du combustible UO2 usé/irradié est son entreposage à sec. Ce mode de gestion pose en particulier la question de la tenue du combustible en cas de scénario accidentel qui entraînerait la mise à l'air des pastilles de UO2. La cinétique d'oxydation et la phénoménologie de la fragmentation de UO2 entre 250 et 330°C ont été étudiées à partir de vieillissements sous O2 et sous air de monocristaux et de fragments de pastilles de combustible non irradiés. En environnement oxydant, l'initiation de la fissuration semble due à la relaxation des contraintes de traction induites par la contraction du réseau cristallin lors de la croissance d'une couche de U4O9/U3O7 en surface de UO2. Ainsi, une période d'incubation avant fissuration, dont la durée chute avec l'augmentation de la température, est mise en évidence. Durant leur oxydation, monocristaux et fragments présentent une fissuration progressive conduisant à leur subdivision jusqu'à une taille de grain submicronique.

Mots clés: fragmentation.; combustible UO2; entreposage à sec; oxydation; fragmentation

Domaines: Génie des procédés

Ludovic Quémard, Lionel Desgranges, Vincent Bouineau, Françoise Valdivieso, Michèle Pijolat, et al.. Fragmentation du combustible nucléaire UO2 en environnement oxydant : Etude cinétique et phénoménologique. Matériaux 2006, Nov 2006, Dijon, France. ⟨hal-00600405⟩