Procédé d'assemblage par chauffage micro-ondes à température modérée d'un matériau céramique alumino-silicaté pour surconteneur de déchets radioactifs

Joining process by microwave heating at moderate temperature of an aluminosilicate ceramic material for radioactive waste containers

• Auteur / Autrice : Greg Kalfayan
• Direction : Dominique Goeuriot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 06/05/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Mécanique et Procédés d'Elaboration / MPE-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Bernard, Jean-Marc Heintz, Marlu César Steil, Sébastien Saunier, Nathalie Texier Mandoki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Heintz, Marlu César Steil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Céramique -- Technique

Déchets radioactifs

Micro-ondes

Verre

Mots clés libres

Assemblage

Micro-onde

Céramique

Verre

Interaction

Interface

Joining

Microwave

Ceramic

Glass

Interaction

Interface

Résumé

Le projet Cigéo développé par l’Andra consiste à créer un centre de stockage réversible où seront déposé des conteneurs de déchets radioactifs HA et MA à vie longue. Le matériau utilisé actuellement pour les conteneurs de déchets radioactifs HA est un acier non allié. Dans l’objectif d’optimiser le concept de l’alvéole HA, l’Andra envisage de développer une solution alternative en utilisant un conteneur en céramique alumino-silicatée. La problématique actuelle reste à trouver un procédé d’assemblage de ce conteneur. Pour cela, des verres de scellement sont utilisées. Les critères de sélection de ces verres sont nombreux : température de fusion inférieure à 800°C, coefficient de dilatation thermique proche de la céramique, résistance mécanique supérieure à 100 MPa, … Le chauffage par micro-onde a été choisi car il permet un chauffage contrôlé et localisé. La thèse a plusieurs objectifs : un thème majeur est l’approfondissement de la compréhension de l’interaction entre les micro-ondes et les matériaux mis en jeu, de façon à obtenir des assemblages performants. Nous exposons ici des essais comparatifs de couplage de la céramique, des verres seuls ou additionnés de matière qui peuvent permettre de moduler le couplage. Le second objectif est de réaliser et d’optimiser les conditions d’élaboration des assemblages en jouant sur plusieurs paramètres au niveau du procédé de chauffage (température, temps de palier …), de la mise en œuvre des verres (% massique, masse déposée) mais aussi sur les méthodes de dépôt. Enfin, un autre volet est d’établir des relations entre les paramètres du procédé et les propriétés des assemblages (analyse des interfaces, propriétés mécaniques).

The Cigéo project developed by Andra consists in creating a deep geological repository where containers for high-level and long and intermediate level wastes will be deposited. The material currently used for high-level radioactive waste containers is an unalloyed steel. In order to optimize the concept of the container, Andra plans to develop an alternative solution using an aluminosilicate ceramic container. The current problem remains to find a joining process for this containers. Sealing glasses are used for that. The selection criteria for these sealing glasses are numerous: melting temperature lower than 800°C, coefficient of thermal expansion close to the ceramic, mechanical strength greater than 100 MPa, ... Microwave heating was chosen because it allows controlled and localized heating.The thesis has several objectives: a major theme is the deepening of the understanding of the interaction between microwaves and the materials involved, in order to obtain efficient joining. We present here comparative tests of coupling of the ceramic, glasses alone or added of material which can make it possible to modulate the coupling. The second objective is to realize and optimize the joining by altering several parameters of the heating process (temperature, dwell time ...), the implementation of the glasses (wt%, mass deposited) but also on coating methods. Finally, another aspect is to establish relationships between the process parameters and the properties of the joining (interface analysis, mechanical properties).