Absorption d'Hydrogène par un Acier Inoxydable en Réacteur Nucléaire Effet de la Chimie H/F CEA

"Absorption d'hydrogène par un acier inoxydable en réacteur nucléaire : mesure in situ du flux de perméation et impact de la chimie du milieu"
Dans le coeur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée (par ex. du parc Français), les matériaux de structure sont plongés dans le milieu primaire (eau pure' à ~ 300 °C et pressurisée à 15 MPa). Dans cet environnement extrême, les aciers inoxydables sont soumis à des réactions d'oxydo-réduction : ils se corrodent et absorbent une partie de l'hydrogène produit par la réaction de réduction. En présence de contraintes sur le matériau, cette combinaison de facteurs peut conduire à la fissuration, puis à la rupture prématurée des pièces. L'hydrogène absorbé, par exemple, pourrait contribuer à la propagation des fissures (de corrosion sous contrainte - CSC) en affaiblissement en amont de la fissure les liaisons intermétalliques de l'acier.
Afin de quantifier l'hydrogène absorbé, son flux et les cinétiques des différentes étapes à l'entrée d'hydrogène dans la matière, un dispositif unique de perméation sous haute température et haute pression a été développé et qualifié au laboratoire (dispositif Hypokamp) : il permet d'imposer d'un côté de l'échantillon - membrane - des conditions de milieu primaire, et de l'autre de mesurer les espèces qui ont traversé la membrane par spectrométrie de masse (sous 10-5 Pa). Le deutérium est utilisé pour tracer l'hydrogène. Afin d'évaluer l'impact de la chimie du milieu primaire (composition et potentiel électrochimique), la température, la teneur en dihydrogène (dideutérium) dissous pourront être modifiées et contrôlées ; le montage devra être adapté pour permettre l'injection et le contrôle d'eau oxygénée (moyen de reproduire à froid' une partie des effets de la radiolyse de l'eau rencontrée en réacteur).
L'étudiant.e aura en charge la préparation des échantillons d'acier inoxydable 316L, ainsi que leur caractérisation microstructurale avant et après exposition. Il/Elle mettra en oeuvre le dispositif Hypokamp et s'attèlera aux modifications nécessaires à l'étude. Enfin, la quantité de deutérium absorbée par la membrane, et sa distribution dans l'échantillon sera étudiée par spectrométrie de désorption thermique (TDS). En croisant les données sur l'oxydation et les flux et prise d'hydrogène (deutérium), il sera possible de proposer des mécanismes et des cinétiques d'absorption d'hydrogène en lien avec les mécanismes de corrosion en fonction de la chimie du milieu primaire simulé. A terme, ces résultats seront utilisés comme données d'entrée permettant d'alimenter un code de calculs.
Ce stage expérimental (à 90 %)pourra être poursuivi en thèse (les composantes in operando de la radiolyse, sa modélisation, ainsi que l'effet de l'irradiation du matériau lui-même seront ajoutées pour la thèse).