Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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This article deals with the management of corrosion in the French nuclear fuel reprocessing plants, from the R&D angle. Nitric acid used for the dissolution of used fuel leads to some specific corrosion phenomena. Suitable materials such as stainless steels and zirconium have been chosen to effectively resist to such an oxidizing environment. This article describes the properties of these materials, the various possible modes of degradation, the factors influencing this corrosion as well as the various means implemented to control the aging of installations.
Auteur(s)
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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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KEYWORDS
zirconium | nitric acid | stainless steels | degradation modes | oxidizing environment
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Paramètres d’influence sur la corrosion
En anglais
4. Corrosion du zirconium
4.1 Corrosion uniforme
Dans l’industrie française du traitement-recyclage, le zirconium utilisé est de grade 702 dont les spécifications sont précisées dans le tableau 4. Ce matériau présente une excellence résistance à la corrosion quel que soit le caractère oxydant du milieu (§ 2). D’un point de vue thermodynamique, le zirconium peut facilement s’oxyder en des espèces à la valence IV (principalement ZrO2) en raison de la faible valeur du potentiel standard des couples électrochimiques associés . Pour cette raison, le zirconium va spontanément former au contact de la majorité des environnements oxydants, une couche de ZrO2 d’une épaisseur de quelques nanomètres. Cette couche quasi isolante s’avère protectrice sur un large domaine de potentiel comme l’illustre les faibles courants (0,1–10 µA.cm−1) sur les courbes de polarisation de la figure 9. La vitesse de corrosion est typiquement inférieure au micron par an excepté en présence de fluorures vis-à-vis duquel le zirconium présente une forte sensibilité (§ ...
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Corrosion du zirconium
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
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(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).
-
(5) - ZIOUANE (Y.), LETURCQ (G.) - New Modeling of Nitric Acid Dissociation Function of Acidity...
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