Caractérisation expérimentale et modélisation du vieillissement des tritiures métalliques

Contexte :

Le palladium peut être utilisé pour stocker les isotopes de l’hydrogène, sous forme d’hydrure métallique. Cette solution présente l’avantage d’être compacte et sûre, point particulièrement intéressant pour le stockage du tritium, l’isotope radioactif de l’hydrogène. Cependant, la décroissance radioactive du tritium (période de 12,32 ans) s’accompagne de l’apparition d’hélium-3 dans le solide, très peu soluble, et qui se réorganise rapidement sous forme d’amas puis de bulles piégées dans la matrice métallique. Cette accumulation d’hélium provoque un vieillissement du matériau caractérisé par l’évolution de ses propriétés thermodynamiques, structurales et mécaniques. Ainsi, lorsque la concentration en hélium dans le matériau atteint une valeur critique, la rétention en phase solide n’est plus assurée : l’helium est desorbé massivement en phase gazeuse. Durant cette dernière phase, la pression d’hélium dans le conteneur du tritiure peut augmenter rapidement, conduisant à un risque de rupture de celui-ci.
Il est donc fondamental de comprendre et de prédire le comportement de l’hélium-3 au cours du temps dans le matériau afin de prévenir une montée en pression trop importante dans le conteneur et de déterminer un critère permettant de sélectionner un matériau pour sa capacité de rétention de l’hélium sur de grandes périodes.

Objectif de la thèse :

• L’obtention de nouvelles grandeurs caractéristiques du tritiure de palladium à différents stades de vieillissement, données nécessaires en entrée des modèles et à leur recalage (densité de bulles, pression dans les bulles…).
• L’amélioration des différents modèles développés pour simuler les étapes successives du vieillissement du tritiure de palladium et plus particulièrement l’aboutissement de celui qui décrit la troisième phase du vieillissement : le relâchement massif d’hélium-3.

Déroulement de la thèse :

Travaillant au sein de l’Equipe de Chimie et de Métallurgie des Terres Rares du CNRS de Thiais (ICMPE), le(a) doctorant(e) sera amené à faire des déplacements sur les sites du CEA/Valduc et du CEA/Saclay pour réaliser diverses caractérisations.
Le programme d’études comportera donc une partie de caractérisation expérimentale d’échantillons de Pd à différents stades de vieillissement et une partie théorique, décomposée comme suit :

1. Caractérisation microscopique du vieillissement du tritiure de Pd (ICMPE et CEA Saclay) par MET, RMN, EELS, tomographie électronique et éventuellement par sonde atomique (faisabilité à démontrer) dans l’optique d’acquérir des informations sur la taille des bulles, leur distribution, leur pression interne.
2. Caractérisation macroscopique du vieillissement du tritiure de Pd (CEA Valduc) : essais de traction sur tritiure de Pd à différents stades de vieillissement pour en déduire une loi de comportement mécanique de ce matériau.
3. Modélisation (ICMPE) : Amélioration des modèles existants et aboutissement du développement de la modélisation de la dernière phase du vieillissement conduisant au relâchement massif d’hélium 3.

DIRECTEUR DE THESE

Valérie PAUL-BONCOUR
paulbon@icmpe.cnrs.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 531
Sciences, Ingénierie, Environnement
Université Paris-EST
6-8 Av. Blaise-Pascal
Cité Descartes
Champs-sur-Marne
77455 Marne-La-Vallée

ENCADRANT

Mathieu SEGARD
mathieu.segard@cea.fr

CENTRE

Valduc
21120 Is sur Tille
Tél. : 03-80-23-40-00