Elaboration et caractérisation d'électrolytes solides pour sondes électrochimiques à oxygène dans le sodium liquide

Elaboration and characterization of solid electrolytes for electrochemical oxygen sensors in liquid sodium

• Auteur / Autrice : Marie Gabard
• Direction : Jacques Fouletier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 17/12/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés physico-chimiques sur les Caloporteurs
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Dacheux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Fouletier, Gérard Prele, Jean-Louis Courouau, Laurent Brissonneau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandre Maitre, Fabrice Mauvy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde d'yttrium

Oxydes de cérium

Sodium

Matériaux céramiques

Mots clés libres

Céramiques

Sonde potentiométrique à oxygène

ThO2/Y2O3

Sodium

Ceramics

Electrochemical oxygen sensor

Yttria-doped thoria

Sodium

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le programme de recherche sur les réacteurs nucléaires de « génération IV » à caloporteur sodium. Un des verrous technologiques à lever concerne le contrôle de la corrosion des matériaux (matériaux de structure, gaines des combustibles, etc.) par le sodium liquide. Un des paramètres clé est la teneur en oxygène dissous dans le caloporteur. Cette thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de matériaux céramiques de type ThO2 dopé avec Y2O3 pour la réalisation de sondes potentiométriques à oxygène utilisables dans le sodium liquide. Des travaux ont été effectués et des sondes ont été testées par le passé, cependant les sondes présentaient généralement, à l’époque, une absence de fiabilité dans le temps. L’objectif de cette thèse est d’élaborer et de caractériser des électrolytes à base d’oxyde de thorium dopé à l’oxyde d’ytrium à l’aide de techniques de synthèse permettant de contrôler la pureté, la taille des grains, la compacité, etc. Pour mettre en place les protocoles expérimentaux une céramique modèle a été choisie, la cérine dopée à l’oxyde d’yttrium. Les processus de transport ont été étudiés à l’aide de la spectrocopie d’impédance. Une interprétation des phénomènes de blocage de la conduction ionique dans les deux céramiques étudiées en fonction de la pression partielle d’oxygène a pu être proposée.

This PhD thesis was prepared within the framework of the research program on ''Generation IV'' nuclear reactors with sodium as coolant. One of the main technological problem concerns the control of the corrosion processes of the materials (structural materials, fuel claddings, etc.) by liquid sodium. A key parameter is the dissolved oxygen content in the coolant. This thesis focuses on the development and characterization of ceramic materials based on ThO2 doped with Y2O3 for making potentiometric oxygen sensor used in liquid sodium. Work has been carried out and probes were tested in the past, however, the probes had at the time, a lack of reliability. The objective of this thesis is to develop and characterize electrolytes based on thorium oxide doped with yttrium oxide using specific synthesis techniques to control purity, grain size, compactness, etc. To develop experimental protocols a ceramic model has been chosen, i.e., yttria-doped ceria. Transport processes were studied using the impedance spectroscopy technique. An interpretation of the blocking phenomena of the ionic conduction in both ceramics as a function of the oxygen partial pressure has been given.