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Effet de la radiolyse de l’eau sur le flux d’absorption d’hydrogène par les aciers inoxydables austénitiques du coeur des réacteurs nucléaires

Matériaux et applications Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences Physique du solide, surfaces et interfaces Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Dans les réacteurs nucléaires actuels, les éléments constitutifs du cœur sont exposés à la fois au milieu primaire, de l’eau pressurisée sous 150 bar et 300 °C environ, et à un flux neutronique, paramètres qui affectent la durabilité des matériaux, donc la sureté des exploitations. Les aciers inoxydables du cœur, entre autres, subissent des dommages dus au bombardement neutronique, à la corrosion et à la combinaison des deux : la réactivité du milieu est modifiée lorsque celui-ci se radiolyse, impactant les mécanismes et cinétiques de corrosion, et a priori d’entrée d’hydrogène dans les matériaux. Ce dernier point, non encore exploré sous conditions de radiolyse, peut s’avérer problématique car l’hydrogène diffusant rapidement dans les aciers à ces températures, peut conduire à la modification (et la dégradation) des propriétés mécaniques de l’acier et induire une fissuration de la pièce.
Cette thèse sera centrée sur l’étude de l’impact des phénomènes de radiolyse sur les mécanismes de corrosion et de prise d’hydrogène (en termes de concentration de surface et de flux) d’un acier inoxydable exposé au milieu primaire sous irradiation. L’hydrogène sera tracé par le deutérium, et l’irradiation neutronique simulée par irradiation électronique. Pour cela, une cellule de radiolyse existante devra être adaptée/reconfigurée pour permettre de mesurer in situ le flux de perméation de deutérium (via un spectromètre de masse) à travers une membrane d’acier inoxydable exposée au milieu en conditions de radiolyse. La distribution de l’hydrogène dans le matériau, ainsi que la nature des couches d’oxydes formées, seront analysées finement à l’aide des techniques de pointe disponibles au CEA et dans les laboratoires partenaires. Le(a) doctorant(e) devra, in fine, identifier les mécanismes en jeu (corrosion et entrée d’hydrogène), en estimer les cinétiques et proposer un modèle permettant de simuler l’évolution du flux d’hydrogène dans l’acier fonction de l’activité de la radiolyse.
Cette thèse étant fortement pluridisciplinaire, le(a) doctorant(e) sera amené(e) à collaborer avec de nombreuses équipes de renommée internationale du CEA et d’autres instituts de recherche pour mener à bien ses expériences et ses analyses. Les compétences ainsi acquises pourront facilement être valorisées lors de la suite de sa carrière dans le monde industriel (y compris hors nucléaire) ou académique.

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 d’Etude de la Corrosion Aqueuse
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