Etude de l'élaboration de revêtements autocicatrisants pour le développement de matériaux robustes en condition nucléaire

par Michaël Ougier

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Michel Schlegel.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Service d'Etudes Analytiques et de Réactivité des Surfaces (laboratoire) et de Université d'Évry-Val-d'Essonne (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-01-2017 .


  • Résumé

    Les nouvelles générations d'alimentations de type plasma pulsé à haute intensité, technologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) permettent d'envisager des progrès notoires dans le domaine du traitement de surface par procédés physiques en phases vapeur (PVD). C'est ce que la DEN a commencé à développer dans le cadre des études sur les ATF (ATF : Accident Tolerant Fuel) avec des revêtements adaptés pour le gainage combustible REP actuel. L'intégration de revêtements performants en milieux hostiles est une source d'innovation forte dans le domaine des énergies décarbonées et en particulier le nucléaire. On peut également imaginer de nouveaux procédés parfois hybridant plusieurs technologies, qui permettent la réalisation de matériaux nouveaux avec des propriétés parfois conçues sur mesure, comme c'est le cas des revêtements auto-cicatrisants basés sur les phases MAX, plus résistants en milieux extrêmes. Les phases MAX, de formule générale Mn+1AlXn (n=1, 2 ou 3) ou M est un métal de transition, A est un élément du groupe A du tableau périodique (IIIA ou IVA) et X est du carbone ou azote, peuvent conférer un comportement auto-cicatrisant sous oxydation à haute température [1]. Un exemple concret est le revêtement Ti2AlC qui, grâce à la formation de couches cicatrisantes composées d'alumine (Al2O3) et de rutile (TiO2), est capable de se « réparer » lui-même [2]. Ces couches cicatrisantes guérissent les fissures grâce à l'action combinée de la température et des contraintes mécaniques. En effet, durant le premier stade d'oxydation sous air, le calcul ab-initio a démontré que l'incorporation de l'oxygène dans les sites interstitiels des couches supérieures des phases MAX permet la nucléation/croissance d'une couche alumine protectrice (a-Al2O3) [3]. En utilisant ce type de revêtements, des gaines combustibles REP à robustesse accrue en conditions accidentelles (ATF) pourraient être développées. Pour cette raison, l'objectif principal de cette thèse sera de développer de nouvelles phases MAX en couches minces pour l'application nucléaire en collaboration avec la TU Delft (Université Technologique de Delft, Pays-Bas). Le travail de thèse se déroulera conjointement au Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces et Lasers (LISL-CEA Saclay) et au Laboratoire de Recherche Correspondant LRC UTT-CEA LASMIS (Nogent).

  • Titre traduit

    Elaboration of self-heaing coatings for the development of robust materials in nuclear conditions


  • Résumé

    High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) technology represents a major advance in the field of physical vapor deposition, thus allowing for new and innovative applications in surface treatment. In recent years, this technology has enabled the development of fuel sheath on the actual LWR reactor with increased robustness under accidental conditions (Accident Tolerant Fuels) thanks to the use of high density coatings. This thesis aims at realizing of new protective coatings through the development of innovative self-healing coatings based on MAX phases. This latter have the ability to self-heal in extreme environments through the formation of healing layers in the form of oxide compounds. Within the framework of this thesis, HiPIMS technology will be approached for the realization of MAX phases for nuclear application.This work will be carried out in collaboration with the Delft University of Technology (TU Delft).