10/01/2012 - Nouveaux matériaux pour réacteurs à fusion thermonucléaire

Menéame

Les scientifiques des universités Carlos III de Madrid (UC3M), Oxford (Royaume-Uni) et Michigan (États-Unis) conjuguent leurs efforts dans le développement de nouveaux matériaux pour réacteurs de fusion thermonucléaire.

Ses recherches portent sur la caractérisation des aciers à faible activation durcis par dispersion d’oxyde pour la structure du réacteur.

La fusion thermonucléaire promet d’être une solution possible à la crise énergétique actuelle. Il se produit lorsque deux noyaux atomiques d’éléments légers se joignent pour donner lieu à des éléments plus lourds, ce qui dégage une grande quantité d’énergie. Pour que cette réaction puisse se produire, il faut un apport d’énergie important, de sorte que des températures de l’ordre de dizaines de millions de degrés soient atteintes qui permettent aux noyaux de s’approcher suffisamment pour vaincre leur répulsion naturelle et se condamner à l’état de plasma. "Ce plasma, qui atteint des températures semblables à celles des étoiles, à environ 100 millions de degrés, ne touche pas les murs du réacteur parce qu’ils fondraient," explique l’une des chercheuses travaillant sur ce projet, Vanessa de Castro, du département de physique de l’UC3M. Pour pouvoir confiner le plasma, lévite dans le réacteur aidé par des champs magnétiques. "Mais les murs doivent résister à des températures très élevées et aux effets de l’irradiation des neutrons qui proviennent de la réaction, et nous devons donc produire de nouveaux matériaux qui supportent ces conditions extrêmes ," explique le professeur.

Le projet ITER (en construction) et son successeur DEMO (prévu pour 2035) visent à développer des réacteurs de fusion économiquement viables. Cette tâche dépend, entre autres, du développement de ces nouveaux matériaux structurels capables de supporter les dommages par irradiation et les températures élevées résultant de la réaction de fusion. La communauté scientifique a commencé à mettre au point de nouveaux matériaux à faible activation destinés à être utilisés dans ces réacteurs, mais on ne sait toujours pas si l’un de ces matériaux sera viable dans ces conditions hostiles. L’un des candidats les plus importants, à cet égard, est les aciers ferrites à faible activation durcis par dispersion d’oxyde, appelés aciers ODS.

Le comportement mécanique des aciers ODS dépend énormément de leur microstructure, qui n’a pas encore été strictement contrôlée. Jusqu'à récemment, les études sur la microstructure de ces aciers se sont concentrées sur l’échelle micrométrique. Cependant, l’échelle nanométrique est la plus pertinente pour comprendre les phénomènes qui se produisent sous irradiation. "Nous utilisons maintenant nos connaissances dans les matériaux structurels nucléaires et dans les techniques avancées de nanoanalyse pour caractériser divers aciers ODS de nouvelle génération à l’échelle nanométrique," commentent les chercheurs, qui ont ajouté à ces aciers des particules nanométriques (entre 1 et 50 nm) qui aident à améliorer les propriétés mécaniques et à accroître leur résistance. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans un numéro spécial de la revue Materials Science and Technology consacrée à la caractérisation des aciers à l’échelle atomique.

La caractérisation de ces matériaux est effectuée à l’aide de techniques à l’échelle nanométrique. Par exemple, avec un microscope électronique de transmission, on peut voir les particules ajoutées au matériau, même les plus petites, d’un nanomètre (millionième d’un millimètre). On peut ainsi déterminer si la distribution des particules est optimale, quelle est leur composition chimique, ou si la modification de cette composition permet d’obtenir de meilleurs matériaux ou d’améliorer l’interaction de ces particules avec les défauts qui se produisent dans le matériau. " D’où l’extraction d’informations qui nous permettent d’expliquer pourquoi le matériau se comporte d’une manière ou d’une autre, parce que le fait qu’il ait de mauvaises propriétés mécaniques pourrait être lié à ce que les particules ne soient pas bien distribuées ," note le professeur Vanessa de Castro, du ESTRUMAT. Ce consortium de matériaux structurels avancés, composé de cinq groupes de recherche appartenant à quatre universités et d’un institut de recherche de la Communauté de Madrid, a pour objectif de fournir un cadre d’activité scientifique et technique dans le domaine des matériaux structurels avancés pour les applications en ingénierie.

Cette recherche, financée par le Ministère de la science et de l’innovation, est axée sur l’étude des nanoparticules d’oxyde présents dans ces aciers et sur les dommages induits par les rayonnements dans ces matériaux. Les analyses effectuées à ce jour montrent, par exemple, que les particules ont une structure de type core-shell composé d’un noyau riche en Itrium (Y) entouré d’une zone enrichie en Chrome (Cr).

Pour plus d’informations:

Titre: Analytical characterisation of oxyde dispersion strengthened steels for fusion réacteurs
Autores: de Castro, V. Lozano-Pérez, S. Marquis, E. A Auger, M. A. Leguey, T. Pareja, R.
Fuente: Material Science and Technology. Volumen: 27 Número: 4 Páginas: 719-723
ISSN: 0267-0836

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