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Nucléaire : une nouvelle génération de matériaux

nucléaire

L’Institut Italien de Technologie de Milan a récemment fait part de ses avancées en matière de revêtement pour les matériaux de l’industrie nucléaire. Si cette percée se concrétise, elle pourrait représenter une réelle opportunité pour la construction des centrales nucléaires de nouvelle génération. Plus puissantes que les anciens réacteurs, ces dernières auront besoin d’une structure renforcée pour assurer leur bon fonctionnement en même temps que la sécurité des installations. Avec le nouveau revêtement mis au point par les chercheurs italiens, non seulement l’intégrité de la structure serait assurée, mais la durée de vie des matériaux serait aussi allongée.

Dans un réacteur nucléaire, les matériaux sont soumis à un environnement extrême

Le réacteur nucléaire est le point le plus chaud d’une centrale ; pour des raisons de sécurité évidentes, c’est aussi celui qui nécessite les matériaux les plus fiables. Mais les matériaux résistent mal à une chaleur très élevée, et certains sont également sensibles aux radiations du réacteur. Pour que l’installation du réacteur fonctionne normalement, les ingénieurs utilisent donc un système de refroidissement à même de préserver l’intégrité des matériaux. Les systèmes de refroidissement habituellement utilisés fonctionnent avec un circuit d’eau. L’eau présente en effet deux avantages : d’une part c’est une ressource facile à manier, qui ne présente pas de danger ; d’autre part elle génère peu de corrosion, ce qui facilite l’entretien de la structure. Seul handicap, mais pas des moindres : elle ne peut pas être utilisée a des températures trop élevées. Ces dernières années, les ingénieurs ont réussi à mettre au point de nouveaux systèmes de refroidissement, plus perfectionnés, à base de métaux liquides. A la différence des précédents, ils fonctionnent avec du plomb ou du sodium. Bémol : la forte corrosion des métaux liquides entraîne une usure prématurée de la structure des réacteur.

Schéma de fonctionnement d’une centrale nucléaire

Un matériau plus sûr et durable : la céramique technique

D’où l’idée des chercheurs de l’Institut Italien de Technologie de Milan de travailler sur un tout nouveau matériau : la céramique technique. Il existe plusieurs types de céramiques techniques, et elles ont déjà servi pour des applications industrielles. Ce matériau présente en effet plusieurs avantages dont celui d’avoir une faible conductivité thermique, ce qui en fait un parfait isolant capable de supporter des températures très élevées (plus de 3 300°C). De plus, il s’use très lentement. Dans les années 1980, le constructeur Toyota avait été le premier à fabriquer un moteur de voiture en céramique. Principale caractéristique, il ne nécessitait aucun temps de refroidissement. Aujourd’hui, les céramiques techniques font l’objet d’une utilisation courante notamment dans l’aérospatial, pour la réalisation des boucliers thermiques des navettes.

Forts de ces connaissances sur les céramiques techniques, les chercheurs italiens les ont envisagées pour les matériaux des centrales nucléaires et sont parvenus à développer une nanocéramique en oxyde d’aluminium. Matériau neutre ne représentant aucun danger pour la santé des hommes ou pour l’environnement, ce nouveau matériau a été utilisé par les chercheurs italiens comme revêtement d’une structure. Ces derniers ont rapidement constaté que la nanocéramique résistait parfaitement à la corrosion des métaux liquides utilisés dans les systèmes de refroidissement des centrales. Prenant le relai pour tester la résistance de la nanocéramique à l’exposition aux radiations, les chercheurs de l’Université du Wisconsin ont conclu qu’exposé aux rayons, non seulement le matériau ne se fissurait pas, mais, caractéristique plus qu’encourageante, il se durcissait.

Quelles applications pour l’industrie du nucléaire ?

De telles découvertes sur le potentiel des céramiques techniques permettent d’envisager de nouvelles options pour les structures des réacteurs nucléaires. Même si aucun réacteur de troisième génération n’est encore opérationnel, on sait déjà que la puissance et la chaleur de ces nouveaux réacteurs sera plus élevée que celles des réacteurs actuels. Résoudre la problématique du système de refroidissement serait donc une garantie supplémentaire de sécurité. Par ailleurs, le fait que le revêtement en nanocéramique ait une capacité de réaction très élevée à la corrosion implique que les pièces auraient une plus longue durée de vie.

Chantier de la centrale EPR de Flamanville (France)

Lorsque Toyota était parvenue à fabriquer le premier moteur en céramique, le projet avait finalement été abandonné. La raison : des coûts de construction à grande échelle beaucoup trop élevés. Même si la céramique technique offre l’avantage d’une grande efficacité, d’une meilleure sûreté et d’une importante résistance à long terme, rien ne permet d’affirmer aujourd’hui, du fait des coûts de construction très élevés qu’elle implique, que ce matériau aura réellement un avenir dans le nucléaire.

Crédit photo : @EDF – GUIBBAUD CHRISTOPHE

Rédigé par : La Rédaction

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COMMENTAIRES

  • Article intéressant mais qui impose la réalisation de réacteur nucléaire refroidi avec un fluide comme le sodium ou le plomb liquide à haute température (hélium …).
    Ce type de réacteur n’est pas prévu avant les années 2045 dans le cadre des réacteurs dits de quatrième génération (haute température, eau supercritique, surgénérateur etc).

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