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Compréhension des mécanismes de corrosion et moyens de mitigation de la corrosion dans un sel NaCl-ThCl4-UCl3. Application aux réacteurs du futur à combustible et caloporteur sels fondus

Chimie physique et électrochimie Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences

Résumé du sujet

Le concept de réacteur à sels fondus repose sur le fait de dissoudre le combustible dans un sel fondu. Ce concept de combustible liquide est très innovant et représente à de nombreux égards un concept en rupture par rapport aux réacteurs actuels qui reposent tous sur l’utilisation d’un combustible solide et d’un fluide d’extraction de puissance. Récemment, l’émergence de start-up américaines proposant ce concept innovant et l’effort important effectué en Chine ont relancé un nouvel intérêt dans le monde pour l’étude de cette filière qui présente un certain nombre d’avantages, réels et potentiels, par rapport à l’utilisation du combustible solide, notamment en termes d’incinération et de sûreté intrinsèque. Pour construire d’abord un démonstrateur de faisabilité de ce concept en rupture, une recherche poussée est nécessaire pour acquérir des données et justifier la tenue des barrières de confinement en premier lieu la barrière métallique au contact du sel. Dans le cas des réacteurs à sels fondus, les matériaux de structures, des alliages base nickel, sont choisis de façon à optimiser leur comportement à la corrosion et à haute température. En effet, la corrosion des matériaux est un des points critiques à lever pour construire ce réacteur. La compréhension fine des mécanismes de corrosion de l’alliage choisis comme matériau de structure, d’une part, et d’autre part de la chimie du sel ternaire NaCl-ThCl4-UCl3 envisagé, sont nécessaire pour prévoir la corrosion subie par le matériau pour la durée de vie du démonstrateur. Ces études permettront de mettre au point plusieurs voies de mitigation de la corrosion. Ces procédés seront chacun testés, évalués, dans des conditions nominales puis aggravées.
La thèse se déroulera donc en deux parties, la première sera consacrée à la compréhension des mécanismes de corrosion de l’alliage et de la chimie du sel NaCl-ThCl4-UCl3. Pour cela des essais seront réalisés à l’IPN d’Orsay et les mécanismes de corrosion et les études de chimie seront établis via des techniques électrochimiques et des caractérisations microstructurales d’échantillons corrodés (thermogravimétrie, MEB, MET, XPS, Raman, SDL…). En second lieu des essais de protection du matériau par différents types de contrôle du redox du sel seront effectués puis testés en environnements nominal et aggravés.
Cette démarche, permettra de relever un défi majeur et ambitieux de contrôle de la corrosion pour un procédé énergétique innovant.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux
Laboratoire de Modélisation, Thermodynamique et Thermochimie
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