Synthèse des combustibles carbures à partir de précurseurs nanostructurés : impact sur la carboréduction et les propriétés physico-chimiques.

Carbide fuel synthesis from nanostructured precursor : impact on the carboreduction and the physicochemical proprieties

• Auteur / Autrice : Alvaro Saravia
• Direction : Xavier Deschanels
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/09/2015
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule
• Jury : Président / Présidente : André Ayral
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Deschanels, Olivier Tougait, Olivier Durupthy, Stephanie Szenknect, André Ayral, François Valdivieso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Tougait, Olivier Durupthy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frittage (métallurgie)

Uranium -- Composés

Mots clés libres

Carbure

Uranium

Basse température

Frittage

Combustible

Rnr

Carbide

Uranium

Low temperature

Sintering

Fuel

Fbr

Résumé

La voie de synthèse classiquement utilisée pour la fabrication des combustibles carbures consiste à carboréduire à haute température (1600°C) et sous vide primaire un mélange des poudres d'AnO2 et de graphite. Ces conditions sont pénalisantes pour la synthèse des carbures mixtes (U,Pu)C, à cause de la volatilisation du plutonium. C'est pourquoi l'un des buts principaux des travaux réalisés a été de diminuer la température de carboréduction. Nos travaux se sont portés principalement sur l'abaissement de la température de carboréduction de l'oxyde d'uranium. Ce résultat a pu être obtenu en augmentant la surface réactionnelle entre le carbone et l'oxyde d'uranium. Pour ce faire des suspensions colloïdales de nanoparticules d'oxyde d'uranium ont été préparées et stabilisées par des éthers cellulosiques. Les éthers cellulosiques servent à la fois de stabilisant pour les nanoparticules d'oxyde d'uranium mais aussi comme source de carbone pour la carboréduction. Ces précurseurs ont démontré être plus performant vis-à-vis de la carboréduction par rapport aux précurseurs de référence : une réduction de 300 °C de la température de carboréduction a été obtenue sous vide primaire. L'impact de ce type de précurseurs sur la carboréduction et les proriétés physico-chimiques ainsi que les caractérisations structurales et microstructurales des carbures obtenus ont été réalisées.

The synthetic route conventionally used to manufacture carbides fuels involves carboreduction of a mixture of AnO2 powders and graphite at high temperature (1600 °C) and under a low vacuum. These conditions are disadvantageous for the synthesis of mixed carbides (U,Pu)C due to volatilization of plutonium. This is why one of the main goals of this work was to reduce the temperature of carboreduction. Our work was mainly carried on the lowering of the temperature of carboreduction of uranium oxide. This result was achieved by increasing the reaction surface between the carbon and uranium oxide. To do this colloidal suspensions of uranium oxide nanoparticles were prepared and stabilized with cellulose ethers. Cellulose ethers serve both as a stabilizer for the uranium oxide nanoparticles, but also as a carbon source for the carboreduction. These precursors have shown to be more efficient for the carboreduction compared to the standard precursors: a reduction of 300 °C on the carboreduction temperature was obtained under low vacuum. The impact of this type of precursors on the carboreduction and physicochemical properties and the structural and microstructural characterization of obtained carbide were performed.