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Détermination expérimentale et modélisation thermodynamique du système Ag-Zr-In


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​Alexandre Decreton a soutenu sa thèse le 17 mars 2016 au Château de Cadarache.

Type de document > *Mémoire/HDR/Thèse

Mots clés >

Unité de recherche > IRSN/PSN-RES/SAG/LETR

Auteurs > DECRETON Alexandre

Date de publication > 17/03/2016

Résumé

En cas d’accident grave avec perte du refroidissement sur un réacteur nucléaire à eau sous pression, l’alliage absorbant Ag-Cd-In constitutif des crayons de contrôle est susceptible d’interagir à haute température notamment avec leurs tubes guides ou avec les gaines des combustibles, en zircaloy. L’étude thermodynamique de la phase liquide et des équilibres impliquant cette phase dans les systèmes Ag-Zr et Ag-Cd-In est donc une étape indispensable pour une estimation fiable à la fois des relâchements de produits de fission et de la progression du corium. L’objectif de la thèse est d’apporter une contribution expérimentale à cette étude thermodynamique.


Le système argent-zirconium est difficile à étudier expérimentalement en raison d’une part de la forte réactivité du zirconium, en particulier à l’état liquide et notamment avec l’oxygène, d’autre part de la difficulté d’atteindre l’équilibre et enfin car les stabilités des phases intermédiaires AgZr et AgZr2 sont faibles. Après la mise en place de protocoles expérimentaux spécifiques, la nature et la température des différentes transformations invariantes du système ont été établies en couplant l’analyse thermique différentielle avec des caractérisations microstructurales par métallographie et microscopie électronique à balayage (MEB EDS). Un diagramme de phases argent-zirconium est proposé.


Des mesures de calorimétrie de dissolution en bain aluminium ont été effectuées à 723 °C dans le but de déterminer l’enthalpie de formation des composés AgZr et AgZr2. Les résultats expérimentaux ont mis en évidence la difficulté de dissoudre le zirconium solide dans l’aluminium liquide. Un modèle de diffusion/convection a été développé pour quantifier cette cinétique de dissolution. En parallèle, l’enthalpie de formation du composé intermétallique AgZr a été déterminée par calorimétrie de dissolution en bain acide à 25 °C.

Dans le système argent-indium-cadmium, l’enthalpie de mélange dans la phase liquide a été mesurée à 450 °C antérieurement à la thèse. L’extension dans le diagramme du domaine de stabilité de la phase liquide a été précisée en combinant une méthode isotherme de recuit et trempe d’échantillons biphasés solide/liquide avec la calorimétrie différentielle à balayage (DSC). La cohérence globale de ces nouveaux résultats entre eux et vis-à-vis des données de la littérature a été testée par le biais d’une optimisation thermodynamique suivant la méthode CALPHAD.