Etude des propriétés d'agglomération et de désagglomération d'une poudre UO2 en lien avec ses paramètres de fabrication.

Study of agglomeration and deagglomeration properties of an UO2 powder in relation with its manufacturing parameters

• Auteur / Autrice : Antoine Marie
• Direction : Christine Frances, Carine Ablitzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Dacheux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Frances, Carine Ablitzer, Hervé Muhr, Khashayar Saleh, Anne-Charlotte Robisson, Mallorie Tourbin, Mehdi Arab
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Muhr, Khashayar Saleh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustibles nucléaires

Agglomération

Uranium -- Minerais

Mots clés libres

Poudre uranifère

Procédés particulaires

Agglomération

Désagglomération

Distribution de taille

Uranium powder

Particulate processes

Agglomeration

Deagglomeration

Size distribution

Résumé

Cette thèse porte sur un procédé de fabrication de poudre UO2, qui est une poudre utilisée dans la fabrication des combustibles nucléaires des réacteurs à eau pressurisée (REP) français. Plus précisément, ces travaux s’intéressent aux propriétés de désagglomération des poudres UO2 en lien avec les conditions de leur fabrication. Une première étude a été menée sur des poudres non nucléaires (alumine) pour appréhender les liens entre paramètres de fabrication, caractéristiques et propriétés des poudres et pour développer une méthodologie de quantification de la désagglomération. Pour quantifier cette propriété de désagglomération, des indices ont ainsi été définis à partir de mesures granulométriques effectuées en voie liquide et en voie sèche avec une augmentation progressive des contraintes causant la désagglomération (durée d’application d’ultrasons en milieu liquide et pression de dispersion des poudres en voie sèche). L’évolution de ces indices suit généralement une courbe typique qui permet d’en déduire un temps caractéristique de désagglomération. Il a alors été mis en avant l’importance de certains paramètres de fabrication sur les temps caractéristiques de désagglomération déduits des mesures expérimentales. Dans un deuxième temps, différentes poudres uranifères ont été fabriquées au Laboratoire UO2 du CEA Cadarache et la méthodologie de quantification de la désagglomération mise en place sur poudres d’alumine leur a été appliquée. Des différences significatives de temps caractéristiques ont pu être obtenues en variant les paramètres de fabrication. Par ailleurs, une caractérisation poussée des poudres a mis en lumière des corrélations entre plusieurs caractéristiques physico-chimiques et la propriété de désagglomération.

This thesis deals with a process for producing UO2 powder, which is a powder used in the manufacture of nuclear fuels for French pressurised water reactors (PWR). More precisely, this work focuses on the deagglomeration properties of UO2 powders in relation to their manufacturing conditions. A first study has been conducted on non-nuclear powders (alumina) in order to understand the links between manufacturing parameters, characteristics and properties of the powders, and to develop a methodology for quantifying deagglomeration. In order to quantify this deagglomeration property, indexes were thus defined based on size distribution measurements carried out either in a liquid or a dry process, with a progressive increase in the stresses causing deagglomeration (duration of ultrasound application in the liquid way and dispersion pressure of the powders in the dry way). The evolution of these indexes generally follows a typical curve which makes it possible to deduce a characteristic deagglomeration time. The importance of certain manufacturing parameters on the characteristic deagglomeration times deduced from the experimental measurements was then pointed out. In a second step, different uranium powders were manufactured at the CEA Cadarache's UO2 Laboratory and the deagglomeration quantification methodology implemented on alumina powders was applied to them. Significant differences in characteristic times were obtained by varying the manufacturing parameters. In addition, a thorough characterization of the powders highlighted correlations between several physicochemical characteristics and the deagglomeration property