Calcination d’oxalates mixtes U-Ce : Evolution des caractéristiques des poudres et cinétique de décomposition.

Calcination of mixed U-Ce oxalates : Powders characteristics evolution and decomposition kinetics.

• Auteur / Autrice : Agustina Venturin
• Direction : Michèle Pijolat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 03/02/2015
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : CEA/DEN/DTEC/SDTC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et REactivité des Systèmes Solide-gaz, Instrumentation et Capteurs - UMR 5307 - Laboratoire Georges Friedel / LGF-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Heintz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michèle Pijolat, Jean-Marc Heintz, Éric Schaer, Philippe Tailhades, Nicolas Vigier, Loïc Favergeon, Eric Tronche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Schaer, Philippe Tailhades

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Simulation, Méthodes de

Frittage (métallurgie)

Oxydes mixtes

Combustibles nucléaires

Mots clés libres

Oxalate mixte

Calcination

Décomposition thermique

Surface spécifique

Taux de carbone

Decomposition Kinetics

Modelling

Mixed oxide powder

(U,Pu)O₂

Thermal decomposition

Résumé

Le recyclage du combustible nucléaire passe par la production de poudres d’oxydes mixtes (U,Pu)O₂. Un des principaux procédés utilisés pour obtenir ce type de poudre comporte une étape de calcination d’oxalates mixtes qui se décomposent en oxyde. Le contrôle des propriétés physico-chimiques de la poudre au cours du traitement thermique des oxalates (étape précédant la mise en forme des pastilles combustibles) requiert une attention particulière, car celles-ci auront une conséquence directe sur l’aptitude à la compaction et au frittage.Dans ce contexte, ces travaux traitent de l’évolution des caractéristiques des poudres, et de la cinétique des différentes étapes de décomposition les influençant, lors de la calcination des oxalates mixtes U-Ce (simulant U-Pu).Une étude expérimentale détaillée sur les caractéristiques morphologiques et texturales, notamment la surface spécifique, a été menée et a permis de dresser un schéma d’évolution de la poudre lors des différentes étapes de décomposition. De plus, les variations de la teneur en carbone au cours de la calcination ont aussi été étudiées. Ce travail a permis d’identifier les étapes de décomposition d’intérêt pour le contrôle des caractéristiques des poudres lors du procédé de calcination.Enfin, ces étapes réactionnelles d’intérêt ont fait l’objet d’une étude cinétique détaillée. Celle-ci a conduit à l’identification de modèles adaptés au système d’étude qui décrivent les phénomènes physiques et chimiques ayant lieu au cours de la décomposition.

Nuclear fuel recycling process includes production of mixed oxide powder as (U,Pu)O₂. One of the most common processes actually investigated to get this kind of powder involves a calcination step of mixed oxalate which decomposes in oxide products. Physical and chemical powder characteristics during oxalate heat treatment (taking place before pellet shaping step) need a special attention. In fact, powder properties can affect directly their sintering and compaction abilities.The aim of this work deals with the powder characteristics evolution and the decomposition kinetics of steps having an effect on them, during U-Ce mixed oxalate calcination (surrogate system of U-Pu couple).A detailed experimental study of morphological and textural characteristics, especially specific surface area, has been carried out. The results have enabled to achieve a textural evolution pattern during different steps of oxalate decomposition. Moreover, carbon content variations through heat treatment process have been studied. This experimental route point out the most interesting decomposition steps impacting powder characteristics during calcination.Finally, a kinetic study of these decomposition steps has been performed. This exercise led to suitable kinetic models describing physical and chemical phenomena taking place during oxalate thermal decomposition process.