Mécanismes et cinétiques de perméation de l'hydrogène dans les alliages de zirconium oxydés

par Clara Juillet

Projet de thèse en Science des Matériaux

Sous la direction de Marc Tupin.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec CEA/SEMI - Service d'Etude des Matériaux Irradiés (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-10-2017 .


  • Résumé

    L'hydrogène peut être incorporé dans le réseau cristallin des alliages de zirconium, matériaux utilisés pour le gainage des combustibles nucléaires. Il en modifie alors les propriétés métallurgiques, physiques et mécaniques. La thèse proposée s'intéresse aux cinétiques et aux mécanismes d'absorption, de diffusion, de piégeage-dépiégeage et de désorption de l'hydrogène dans ces alliages. Il s'agira notamment de quantifier et de modéliser l'effet des couches d'oxyde sur la perméation de l'hydrogène au travers de membranes en alliages de zirconium. Suite à une première étape expérimentale d'identification des mécanismes et de quantification des cinétiques élémentaires, la modélisation de l'ensemble des phénomènes sera paramétrée dans le code de calcul par éléments finis Cast3M. L'utilisation de ce code permettra alors de déterminer le processus limitant la perméation en fonction de l'historique de température et d'exposition aux espèces hydrogénées et/ou oxydantes. Des essais de validation des lois de perméation implémentées pourront alors être réalisés.

  • Titre traduit

    Hydrogen permeation through oxidized zirconium alloys : mechanisms and kinetics


  • Résumé

    Zirconium alloys are used as nuclear fuel cladding materials. Hydrogen atoms may penetrate these alloys and modify their metallurgical, physical and mechanical properties. The proposed study deals with mechanisms and kinetics of hydrogen absorption, diffusion, trapping and desorption in these alloys. One of the goals of the study is the quantification and the modelling of the effect of surface oxide layers on the hydrogen permeation through zirconium thin plates. Experimental identification of elementary mechanisms and quantification of their kinetics will be followed by a numerical modelling step. The finite element code Cast3M developed at CEA will be used in order to determine the phenomena controlling the permeation kinetics in different situations regarding temperature and exposure to hydrogenated and/or oxidizing species. Eventually, validation experiments willv be done and compared to modelling predictions.