Vers une voie plus directe et innovante pour la fabrication des pastilles de combustible nucléaire : étude de la faisabilité d’un procédé de coulage sous pression

Towards a more direct and innovative route to manufacture nuclear fuel pellets : feasibility study of a pressure slip casting process

• Auteur / Autrice : Mariana Diaz
• Direction : François Puel, Sophie Charton, Franck Doreau, Denis Ode
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Graduate School : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Laurence Giorgi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudia Cogné, Cécile Pagnoux, Damien Bourcier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudia Cogné, Cécile Pagnoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité

Matériaux céramiques

Combustibles nucléaires irradiés -- Traitement

Mots clés libres

Retraitement combustible nucléaire

Filtration

Coulage sous pression

Perméabilité

Pastille

Nuclear fuel reprocessing

Filtration

Pressure slip casting

Permeability

Pellet

Résumé

La fermeture du cycle du combustible nucléaire conduit à refabriquer un combustible mixte d’U-Pu. L'objet de la thèse est d'étudier une voie ultra directe humide couplant les étapes de séparation et de mise en forme.L’influence de la distribution de taille et du faciès des particules microniques sur la séparation solide-liquide a été étudiée. La cellule de compression-perméabilité permet l’observation du réarrangement progressif des particules dans le milieu poreux. L’influence de l’étendue granulométrique est plus significative que celle du faciès. Un pilote de coulage sous pression a été conçu, fabriqué et installé pour mener une étude paramétrique sur des suspensions diluées puis concentrées. Les paramètres de formulation influencent plus fortement le coulage que les paramètres de procédé. Sur la base de critères de porosité et de résistance mécanique du cru, c’est le faciès le plus symétrique avec la dispersion granulométrique la plus étalée qui est recommandé pour la fabrication de pastilles résistantes.

The closure of the nuclear fuel cycle leads to the re-fabrication of a mixed U-Pu fuel. The aim of this thesis is to study an innovative wet ultra-direct route combining separation and shaping steps.The influence of the particle size distribution and particle shape on the solid-liquid separation was investigated. The compression-permeability cell allows the observation of the progressive rearrangement of the particles in the porous media. The influence of the particle size range is more significant than that of the shape. A pressure slip casting pilot was designed, built and installed to perform a parametric study on diluted and concentrated suspensions. The formulation parameters have a stronger influence on the casting than the process parameters. Considering the criteria of porosity and the mechanical resistance of the greens, the most symmetrical shape combined with a wide particle size distribution is recommended for the manufacturing of resistant pellets.