Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article traite, sous l’angle de la R&D, de la gestion de la corrosion dans les usines françaises de traitement-recyclage du combustible nucléaire. L’acide nitrique utilisé pour la dissolution du combustible usé conduit à des phénomènes de corrosion spécifiques. Des matériaux adaptés comme des aciers inoxydables et le zirconium ont été choisis pour résister efficacement à un tel environnement oxydant. Cet article décrit les propriétés de ces matériaux, les différents modes de dégradation possibles, les facteurs influençant cette corrosion ainsi que les différents moyens mis en œuvre pour maîtriser le vieillissement des installations.
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Fanny BALBAUD : Ingénieur-chercheur - Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux dans leur Environnement, Gif-sur-Yvette, France
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Nathalie GRUET : Ingénieur-chercheur - Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux dans leur Environnement, Gif-sur-Yvette, France
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Benoît GWINNER : Ingénieur-chercheur - Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux dans leur Environnement, Gif-sur-Yvette, France
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Pierre LAGHOUTARIS : Ingénieur-chercheur - Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux dans leur Environnement, Gif-sur-Yvette, France
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Beatriz PUGA : Ingénieur-chercheur - Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux dans leur Environnement, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Dans tout domaine industriel, la maîtrise de la corrosion est un enjeu majeur sur le plan économique mais également sur le plan sécuritaire. À cela s’ajoute la sûreté des installations pour l’industrie nucléaire (avec entre autres les usines de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé) pour laquelle le remplacement d’équipements corrodés devient particulièrement coûteux et contraignant en raison de l’environnement radioactif. De manière à maîtriser le risque lié à la corrosion, ce domaine fait l’objet d’une R&D active depuis des dizaines d’années en France. L’objectif de cette R&D est de préciser/comprendre les modes et mécanismes de corrosion des matériaux et de quantifier leurs cinétiques de dégradation. Cette connaissance aide à s’assurer du bon fonctionnement des installations existantes, à proposer des solutions palliatives en cas de dégradation non anticipée, à préparer le remplacement d’équipements et à faire des choix adaptés de matériaux lors de la construction de nouvelles installations. Cet article a pour objectif de présenter un état des connaissances des mécanismes de corrosion des installations des usines de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé. Par nature, la corrosion résulte de l’interaction entre un matériau et son environnement. Ainsi, une première partie décrit les propriétés de l’environnement principal rencontré dans l’usine, l’acide nitrique utilisé dans le procédé pour dissoudre le combustible (le cas de la vitrification et de la corrosion des installations par le verre fondu n’est pas traité ici). Il peut ainsi contenir des produits de fission et des actinides mineurs qui peuvent participer à la corrosion. De manière complémentaire, une deuxième partie présente les matériaux sélectionnés (aciers inoxydables et zirconium) pour résister à cet environnement acide et oxydant. Les modes de corrosion de ces deux familles de matériaux dans cet environnement font ensuite l’objet des troisième et quatrième parties, respectivement. Enfin, l’influence des paramètres majeurs sur la corrosion de ces systèmes est discutée dans une dernière partie.
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Corrosion du zirconium
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3. Corrosion des aciers
3.1 Introduction : mécanisme électrochimique
En milieu acide nitrique, la courbe intensité-potentiel d’un acier inoxydable austénitique peut être schématisée comme présenté sur la figure 3 .
Trois domaines sont observés dans la partie anodique correspondant à l’oxydation de l’acier (principalement des éléments Fe, Cr, Ni).
Si le milieu est très peu oxydant, les aciers austénitiques sont dans leur domaine actif caractérisé par une corrosion uniforme, dont la vitesse peut être élevée.
Pour des conditions modérément oxydantes (HNO3 seul), l’acier est dans son domaine passif et la vitesse de corrosion de l’acier inoxydable considéré est faible. Dans ce domaine, l'acier est protégé par une couche d’oxyde passive principalement constituée de chromine, Cr2O3, pour des aciers de type 1.4306/1.4307 . Pour des aciers à 4 % de silicium, un enrichissement en silicium dans la couche passive est observé notamment à son extrême surface ...
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Corrosion des aciers
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DAVIS (W.), De BRUIN (H.J.) - New activity coefficients of 0-100 per cent aqueous nitric acid. - Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 26(6) : p. 1069-1083 (1964).
-
(2) - POURBAIX (M.) - Atlas d'équilibres électrochimiques. Section 18.1 : Azote. - Éd. v. Gauthier (1963).
-
(3) - PELLÉ (J.) - Étude de l’influence du Fe(III) sur les mécanismes de réduction de l’acide nitrique concentré sur un matériau inerte et sur acier inoxydable riche en Si. - Thèse de Sorbonne Université (2020).
-
(4) - FALLET (A.) - Influence des ions oxydants issus de la dissolution du combustible nucléaire usé sur le comportement des matériaux de structures, in École doctorale Science Chimique Balard (ED459) et de l’unité de recherche ICSM. - Thèse de l'université de Montpellier (2015).
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(5) - ZIOUANE (Y.), LETURCQ (G.) - New Modeling of Nitric Acid Dissociation Function of Acidity...
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