Les matériaux utilisés dans les éléments de structure des réacteurs nucléaires sont soumis à rude épreuve. Pour maintenir un niveau de sûreté satisfaisant — voire l’élever encore —, les ingénieurs travaillent sans cesse à imaginer de nouvelles solutions. Et une équipe internationale propose aujourd’hui de se tourner vers une nanocéramique qui, assurent-ils, se bonifie avec l’âge !
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Au cœur d'un réacteur nucléaire règnent des conditions difficiles, en particulier des rayonnements puissants et des températures élevées et elles seront encore plus drastiques dans la nouvelle génération de réacteurs. De quoi mettre en péril l'intégritéintégrité des matériaux qui les composent. Mais une équipe internationale de chercheurs annonce aujourd'hui avoir mis au point un matériau nanocéramique qui, non seulement résisterait aux radiations, mais qui en plus se renforcerait sous l'effet des rayonnements.

Traditionnellement, les ingénieurs ont eu recours à des circuits d'eau comme réfrigérants primaires du cœur des réacteurs nucléaires. L'effet corrosif de l'eau sur les matériaux, en effet, reste faible. L'ennui, est que la température maximale à laquelle ce type de réacteur à eau peut fonctionner est limitée. C'est pourquoi de nouveaux réfrigérants ont fait leur apparition : des métaux liquides tels que le sodiumsodium ou le plombplomb. Plus efficaces à des températures plus élevées, ces réfrigérants s'avèrent malheureusement plus corrosifs pour les matériaux métalliques qui constituent les éléments de structure des réacteurs.

D'autre part, les céramiques techniquescéramiques techniques (leur nom dans l'industrie), comme l'oxyde d'aluminiumaluminium, les carburescarbures ou les composites, possèdent généralement une grande résistancerésistance mécanique. Elles sont dures et résistent à l'usure, y compris à des températures très élevées. Et, ce qui ne gâche rien, en tant que matériaux neutres et amorphesamorphes, elles sont sans danger, tant pour l'Homme que pour l'environnement.

Implants ou prothèses, circuits imprimés, hublots d’observation, isolants hermétiques, tubes et tuyaux. L’oxyde d’aluminium (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), ou alumine, est sans doute le matériau céramique de haute performance le plus utilisé par l’industrie. Et c’est encore sur lui que comptent les chercheurs pour concevoir un revêtement pour sécuriser les réacteurs nucléaires de demain. © monstArr, Shutterstock

Implants ou prothèses, circuits imprimés, hublots d’observation, isolants hermétiques, tubes et tuyaux. L’oxyde d’aluminium (Al2O3), ou alumine, est sans doute le matériau céramique de haute performance le plus utilisé par l’industrie. Et c’est encore sur lui que comptent les chercheurs pour concevoir un revêtement pour sécuriser les réacteurs nucléaires de demain. © monstArr, Shutterstock

De l’alumine bientôt au cœur des réacteurs nucléaires

Deux équipes de recherche ont mis en commun leurs résultats pour aboutir à une solution qui pourrait résoudre le problème. Les chercheurs de l'Institut italien de Technologie de MilanMilan ont récemment caractérisé un revêtement nanocéramique d'oxyde d'aluminium résistant aux effets nocifs de ces métaux liquidesliquides à haute température. Un revêtement qui en plus -- contrairement à d'autres -- durcit, mais ne se fissure pas sous l'effet des radiations.

Pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu, les chercheurs italiens ont ensuite travaillé avec une équipe de l'Université du Wisconsin à Madison (États-Unis). La nanocéramique a ainsi été soumise à une intense exposition aux rayonnements. Et la structure a été auscultée dans les moindres détails à grand renfortrenfort de microscopes électroniquesmicroscopes électroniques en transmission. Objectif : comprendre le lien entre propriétés mécaniques et modifications de la structure nanométrique.

Les chercheurs annoncent aujourd'hui être en mesure de fournir un matériaumatériau unique capable de rendre la nouvelle génération de réacteurs nucléaires plus sûre et plus économique. « Nous faisons face à un changement de paradigme, car notre nanocéramique profite de l'environnement réputé difficile dans lequel elle est plongée pour se bonifier. Résultat : ses propriétés mécaniques restent inchangées au fil des années », conclut Francisco Garcia Ferre, l'un des auteurs de l'étude.