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Etude des mécanismes d’oxydation du Cérium et du Pu

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Le plutonium et ses alliages présentent des comportements physico-chimiques des plus complexes

et notamment la particularité d’être très sensibles à l’oxydation. La mise en contact avec un gaz

oxydant mène à l’émergence de nombreuses espèces d’oxydes, laissant les atomes de plutonium

sous différents degrés d’oxydation, telles que notamment : PuO2, Pu2O3 a et ß, PuC(O), etc. De par

son caractère radioactif, les moyens de caractérisation doivent pouvoir respecter les conditions de

sureté et sécurité liées à sa manipulation. Ces moyens sont donc complexes à mettre en oeuvre.

Le cérium est un métal qui présente également la propriété d’être très sensible à l’oxydation menant

à l’émergence de nombreuses espèces d’oxydes comme le CeO2, et le Ce2O3. Ces oxydes

présentent une composition chimique et des structures cristallines très similaires à celles

rencontrées pour les oxydes de Pu. Le Ce est donc un très bon candidat de substitution au Pu pour

envisager des caractérisations spécifiques qui seraient inaccessibles au Pu.

Une première thèse sur l’étude des mécanismes d’oxydation des alliages de Pu sous oxygène a

d’ores et déjà révélé de nombreuses caractéristiques de ce processus telles : la nature des oxydes

se formant, la dépendance en température et pression, la cinétique de croissance, la nature du

défaut pilotant la croissance, l’existence d’un arrangement complexe des oxydes etc…

De nombreuses questions restent cependant en suspens notamment concernant la description fine

de la morphologie, l’origine de la transition entre la croissance parabolique et linéaire, l’impact des

très basses pressions partielles en oxygène et surtout l’influence de l’humidité qui semblerait jouer

un effet catalyseur dans le processus d’oxydation. Des études complémentaires sont donc

nécessaires pour mieux comprendre les phénomènes et les mécanismes pilotant le processus de

corrosion.

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