VERS UNE VOIE INNOVANTE ULTRA-DIRECTE POUR LA RE-FABRICATION DE COMBUSTIBLE NUCLÉAIRE

par David Diaz

Projet de thèse en Génie des procédés

Sous la direction de François Puel et de Sophie Charton.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences , en partenariat avec LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux (laboratoire) et de CentraleSupélec (référent) depuis le 01-12-2017 .


  • Résumé

    Après une étape de précipitation des actinides, différentes étapes sont encore nécessaires à la fabrication du combustible: séparation solide-liquide et traitement thermique de conversion en oxyde, auxquels s'ajoutent les étapes classiques de métallurgie des poudres permettant d'obtenir des pastilles homogènes et calibrées de (U,Pu)O2. L'objet de la thèse est donc d'étudier une voie ultra-directe couplant les étapes de précipitation et mise en forme en voie en humide. Un tel procédé intégré permettrait de s'affranchir des étapes, souvent critiques, de filtration et de manipulation de poudres. L'analyse de faisabilité a été focalisée autour du procédé de coulage sous pression. Nous cherchons les conditions optimales pour l'obtention de pastilles crues de combustible par cette voie rapide: Paramètres procédés (pression, membrane support, méthode d'injection), formulation de suspensions (modification de la rhéologie, la stabilité et le démoulage par les adjuvants) et propriétés de la poudre en suspension (distribution de taille, distribution de forme), sont analysés. Une étude de filtrabilité dans une cellule de compression-perméabilité et dans une cellule de filtration miniaturisée, sur 5 populations de solides modèles et à basse pression, a permis d'analyser les éléments influençant l'évolution de la résistance à l'écoulement (réarrangement en fonction de la compression), pour prévoir le comportement sous pression et proposer un pilote à l'échelle 1 de coulage sous pression. La fiabilisation du pilote a été effectué sur 2 populations des 5 prévues en retrouvant une évolution importante de la stabilité des suspensions à l'intérieur de l'équipement. La formulation de précurseurs d'oxyde de taille micronique (>10µm) est en effet un sujet innovant et plusieurs perspectives sont proposées.

  • Titre traduit

    TOWARDS AN ULTRA-DIRECT INNOVATIVE WAY FOR FUEL NUCLEAR RE-MANUFACTURING


  • Résumé

    After a step of precipitation of the actinides, various steps are still necessary for the manufacture of the fuel MOx: solide-liquid separation and conversion heat treatment to oxide, to which are added the conventional steps of metallurgy powders making possible to obtain homogeneous and calibrated ceramic pellets of (U, Pu) O2.The aim of the thesis is to study an ultra-direct pathway coupling the precipitation and wet shaping. Such an integrated process would make it possible to overcome the often critical steps of filtering and handling powders. The feasibility analysis was focused on the pressure slip casting process. The optimal conditions for obtaining green fuel pellets by this fast way are thusinvestigated: Process parameters (pressure, support membrane, injection method), suspension formulation (modification of rheology, stability and demolding by additives) and properties of the powder in suspension (size distribution, shape distribution) are analyzed. A filterability study in a compression-permeability cell and in a miniaturized filtration cell, on 5 populations of model solids and at low pressure, allowed us to analyze the elements influencing the evolution of the cake resistance (rearrangement by compression), to predict the behavior under pressure and to propose a pilot on scale 1 of pressure slip casting. The reliability of the pilot was carried out on 2 populations of the 5 initially planned, finding an important evolution of the stability of the suspensions inside the equipment. The formulation of oxide precursors of micron size (>10µm) is indeed an innovative subject and several perspectives are proposed.