Frittage des combustibles MOX : influence des conditions d’élaboration et de la pression partielle d’oxygène

Abstract

Les phénomènes de diffusion se produisant lors du frittage des oxydes mixtes d’uranium et de plutonium (MOX) dépendent du potentiel d’oxygène de l’atmosphère du four. L’atmosphère et la température engendrent des écarts à la stœchiométrie oxygène, appelée rapport O/M, dans l’oxyde mixte U1-yPuyO2±x. Ces travaux de thèse ont porté sur une meilleure connaissance de l’évolution du rapport O/M et de la microstructure des céramiques en fonction de la composition du mélange UO2/PuO2/(UPu)O2 et du potentiel d’oxygène au cours du frittage. Leurs effets sur la densification et les microstructures ont été étudiés, ce qui a permis de proposer la mise œuvre d’une poudre de solution solide (UPu)O2 obtenue par coprécipitation oxalique.Un suivi innovant de la PO2 a été conçu par un asservissement et des mesures entrée / sortie des fours par des pompes oxygène et sondes zircone. Ainsi, le rapport O/M a pu être suivi quantitativement tout au long d’un cycle de frittage. Il permet une bien meilleure compréhension des échanges d’oxygène en température entre l’échantillon et l’atmosphère. Un écart important entre les prévisions des calculs thermodynamiques et les données expérimentales est observé, même après plusieurs heures à 1700°C, écart particulièrement sensible à la formation de la solution solide (UPu)O2 ainsi qu’aux échanges locaux solide/gaz. Un schéma réactionnel de variation du rapport O/M au cours du temps, en faisant volontairement varier la PO2 du gaz a permis d’orienter les cycles de frittage pour obtenir la microstructure et le rapport final O/M souhaités.Ces nouvelles connaissances serviront de données d’entrée pour la modélisation de l’étape de frittage et ainsi de nouveaux cycles de frittage en rupture en four batch ou en four continu sont envisagés. Ils permettent d’obtenir de nouveaux produits et/ou des gains procédés. Ces avantages peuvent être couplés par l’apport bénéfique de la présence de solution solide (UPu)O2 en tant que nouvelle matière première.