Evolutions structurales au sein d'un alliage de zirconium oxyde a haute temperature en diffraction des rayons X in situ au rayonnement synchrotron
Résumé
Pour certaines situations accidentelles hypothétiques rencontrées dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP), la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles peut être exposée durant quelques minutes à de la vapeur d’eau à haute température (jusqu’à 1200°C), avant d’être refroidie puis trempée à l’eau. Le matériau de gainage subit alors de nombreuses évolutions structurales et métallurgiques : formation d’une couche d’oxyde (zircone), diffusion d’oxygène dans le métal sous-jacent, changements de phases du métal et de l’oxyde. Ces évolutions génèrent des contraintes internes à prendre en compte dans le cadre de l’étude de l’intégrité du matériau fragilisé par l’oxydation. Ces évolutions structurales sont à ce jour peu connues. Afin de suivre le processus d'oxydation à haute température d'un alliage de zirconium (le Zircaloy-4), nous avons réalisé des mesures in-situ de diffraction des rayons X sous rayonnement synchrotron à l’ESRF sur la ligne de lumière BM02 grâce à un four spécifique disponible sur cette ligne. Ce dernier a permis d’atteindre avec une bonne maîtrise les températures visées et surtout de contrôler précisément l’atmosphère.
Ainsi, on a pu suivre sur des plaquettes de Zircaloy-4 les évolutions structurales et microstructurales des zircone monoclinique et quadratique (taille des cristaux, quantité relative de ces deux phases, …) en fonction de la température (entre 700 et 1100 degrés C) et du temps : durant le chauffage, l’oxydation à haute température et aussi le refroidissement.