Critères d'exigence. Types de matériaux
Matériaux des tubes de gainage pour réacteurs à eau pressurisée

Parmi les caractéristiques propres aux matériaux métalliques, utilisés en production d'énergie nucléaire, se trouvent les points suivants :

• faible section efficace de capture et d'activation des divers éléments d'alliage ;

• excellente tenue à la corrosion et hydruration faible et bien contrôlée ;

• forte ductilité et bonne résistance au fluage et à la fatigue ;

• propriétés thermo-physiques convenables (conductivité thermique) ;

• compatibilité chimique entre matériaux (combustible/gaine, gaine/réfrigérant).

• Concernant les tubes de gainage, ses principales fonctions sont de divers ordres :

  • assurer le maintien de la colonne combustible ;

  • isoler le combustible du fluide caloporteur pour le protéger de son action corrosive ;

  • évacuer l'énergie ;

  • assurer le confinement des produits de fission.

  La qualité des matériaux utilisés et leur fabrication contribuent à assurer ces fonctions. Leur respect assure que ces mêmes fonctions sont bien remplies. Ces critères concernent notamment le tube de gainage, lui imposant, entre autres :

  • une épaisseur maximale de la couche de zircone et une teneur maximale en hydrogène absorbé ;

  • des déformations et des contraintes maximales en fonctionnement normal ;

  • une contrainte maximale en cas de transitoire de classe 2 (interaction pastille gaine) ;

  • une pression interne maximale dans les crayons de combustible ;

  • des jeux minimaux entre les crayons et les embouts ;

  • un nombre de cycles de puissance maximal pour éviter la fatigue.

• Les matériaux utilisés pour les tubes de gainage sont des alliages base Zirconium. Ces alliages se classent en quatre grandes familles :

  • la première, qui a remplacé les tubes de gainage en acier inoxydable, principalement pour des raisons neutroniques, est la famille historique des alliages appelés « Zircaloys » (voir encadré 2). Elle comprend, entre autres, le Zircaloy-4 et ses différentes variantes ;

  • la seconde est celle des alliages binaires Zirconium-Niobium, développés initialement en ex-URSS et en France par le CEA et AREVA NP (ex-Framatome et Cezus). Cette famille correspond...