Pic d’activité sur la ligne MARS

Pic d’activité sur la ligne MARS

[SOLEIL]

Bruno Sitaud, Responsable de la ligne MARS au synchrotron SOLEIL : On va rentrer dans la zone surveillée, donc on va tous s’équiper d’un dosimètre actif...

Bruno Sitaud vient s’assurer que tout est prêt pour recevoir des échantillons radioactifs. « L’Autorité de sûreté nucléaire » vient en effet de lui délivrer un agrément spécial pour ce type d’étude.

Bruno Sitaud : C'est la nouveauté, depuis la semaine dernière, d'avoir des autorisations qui permettent d'envisager des échantillons beaucoup plus radioactifs que ceux que l'on a étudiés jusqu'à présent. C'est une ligne qui accueille des utilisateurs depuis 3 ans avec des échantillons très faiblement radioactifs, donc plutôt tournés vers des problématiques environnementales. Et désormais, avec les nouvelles autorisations, on peut s'orienter vers le combustible par exemple que l'on trouve dans les centrales nucléaires.

[CEA]

Les échantillons tant attendus sont actuellement au CEA : de minuscules disques d’acier irradiés, qui ont séjourné plusieurs années au cœur de réacteurs nucléaires de recherche. Ces aciers, qui pourraient servir à la fabrication des centrales du futur, vont être auscultés par les scientifiques du synchrotron SOLEIL et ceux du CEA.

Jean-Luc Béchade, Responsable du Laboratoire d’analyse microstructurale des matériaux (LA2M) au CEA : Les échantillons sont des aciers renforcés par de toutes petites particules nanométriques, des particules qui sont riches en oxygène, en yttrium et en titane et qui confèrent aux matériaux d'excellentes propriétés en température, notamment sous irradiation. 
Ce que l'on va chercher à connaître, notamment après irradiation, pour des doses d’irradiation élevées, c'est : est-ce que ces toutes petites particules nanométriques restent nanométriques, est-ce que leur composition évolue ou est-ce qu'elles se dissolvent dans la matière, dans la matrice. 

L’objectif est donc d’étudier comment ces inclusions nanométriques évoluent sous irradiation et de vérifier notamment qu’elles restent stables au cours du temps. Car si elles venaient à disparaitre, l’acier perdrait ses propriétés mécaniques et ne pourrait plus résister aux hautes températures qui régneront dans les centrales du futur, des températures avoisinant les 700°C.

Jean-Luc Béchade : Ces toutes petites particules, qui font quelques nanomètres, on est capable de les visualiser avec ce microscope électronique en transmission, de mesurer leur taille, de mesurer leur densité et aussi connaître leur composition chimique. Par contre, ce que l'on ne peut pas faire, ou très difficilement, c'est avoir des informations sur leur structure cristallographique, et pour ça, on va sur le rayonnement synchrotron, sur la ligne MARS.

Les petits échantillons d’acier sont transférés dans des coques d’acier et de plomb blindées qui arrêtent les rayonnements puis transportées en toute sécurité vers le synchrotron SOLEIL.

[SOLEIL]

Après les contrôles radiologiques nécessaires à l’entrée du site, les échantillons sont acheminés vers la ligne de lumière, en suivant un protocole extrêmement précis.

Bruno Sitaud : La ligne MARS est une ligne qui, dès l'origine, a été dédiée à l'étude des matériaux radioactifs. Des lignes de ce type, il y en a moins d'une dizaine à travers le monde. 
On se retrouve à avoir des locaux complètement étanches à l'air, qui permettent de créer une dépression et donc un confinement à l'intérieur de la ligne, et puis on a aussi, c'est la nouveauté, des protections biologiques renforcées. On a donc plusieurs cm de plomb qui viennent d'être installés juste derrière ce mur.

L’un des disques d’acier est installé sur la ligne. Délivré de sa coque de protection, il va pouvoir être traversé par d’intenses rayons X. L’une des particularités de la ligne MARS est de pouvoir réaliser deux types de mesures : des mesures de diffraction et des mesures d’absorption des rayons X. 

Dans le cas présent, le rayonnement synchrotron va se concentrer sur les particules nanométriques dispersées dans l’acier, et plus précisément sur l’organisation des atomes d’oxygène, d’yttrium et de titane de ces petits précipités.

Jean-Luc Béchade : C'est le résultat de la diffraction de notre échantillon. 
Nos précipités, ils ont une signature. 
Chacun de ces cercles correspond en fait à la signature de ces structures cristallographiques. 
Et nous, ce que l'on cherchera , c'est : est-ce qu'après irradiation on les voit toujours aussi bien qu’avant irradiation et est-ce qu'on n'a pas des anneaux qui vont se déplacer. S'ils se déplacent, ça veut dire que la structure a été altérée ou modifiée par l'irradiation. 
 

Denis Menut, Ingénieur au LA2M du CEA
Pour ces mesures-là, on s'est intéressé à l'yttrium. on va regarder juste les premiers, deuxièmes atomes qui sont voisins dans le matériau.

D’après les premières observations, l’irradiation semblerait avoir un impact sur la matière sans dissoudre les renforts nanométriques. Il faudra plusieurs mois pour analyser et interpréter ces données mais déjà, la stabilité de la microstructure semble acquise, ce qui est de bon augure pour tenir le choc dans les centrales du futur.

Bruno Sitaud : On envisage effectivement la caractérisation de matériaux du futur. Mais on a déjà comme projet la caractérisation de matériaux actuels, donc de combustible déjà utilisé dans les centrales. 
Tout est nouveau, tout est à découvrir. C'est aussi le défi qui nous attend dans les prochaines années.