Un nouveau matériau a le potentiel de rendre l’énergie nucléaire plus sûre et plus durable
Le 11 mars 2011, un séisme de magnitude 9 suivi d’un tsunami ont frappé le Japon, ce qui a provoqué un accident nucléaire majeur à la Centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Ce fut la plus grande catastrophe nucléaire de nature accidentelle depuis Tchernobyl et la seule catastrophe classée à un niveau 7 sur l’échelle internationale des catastrophes nucléaires. Une des causes de cette catastrophe a été l’absence d’une protection adaptée au niveau de la gaine primaire du combustible nucléaire du réacteur; elle a donc été endommagée et a provoqué la catastrophe lors du tremblement de terre. Pour prévenir à l’avenir de tels accidents en Europe, le projet PLASTICERA financé par l’UE développe un nouveau revêtement de surface en nanoparticules de céramique. Cette solution pourrait réduire considérablement les risques d’accident dans un réacteur nucléaire à eau légère conventionnel (REL). Selon Fabio Di Fonzo, le coordinateur du projet PLASTICERA, l’énergie nucléaire est l’une des principales technologies évolutives dont nous disposons pour lutter contre le changement climatique. «Mais avant de pouvoir exploiter cette technologie, nous devons créer des procédés plus sûrs et plus durables pour produire de l’énergie nucléaire», indique-t-il. «Le projet PLASTICERA constitue une étape fondamentale pour atteindre ce but.» Fabio Di Fonzo, un technicien spécialisé et chef d’équipe au Laboratoire des Nanomatériaux pour l’énergie et l’environnement du Centre pour les nanosciences et les nanotechnologies de l’Institut italien de technologie, a encadré le travail de Erkka Frankberg, une étoile montante de la recherche sur la science des matériaux et boursière du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Les recherches ont été conduites avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie.
Du concept à la réalité
Le projet PLASTICERA est un concept encore à l’état d’ébauche. Il utilise des films minces d’oxyde amorphe qui protègent la gaine primaire du combustible et lui évite d’être endommagée lors d’un accident nucléaire. «L’idée est que le film mince d’oxyde peut constituer une solide barrière de diffusion de l’oxygène qui allie la particularité de pouvoir contenir la déformation plastique provoquée par une expansion thermique au niveau de la barre de combustible», explique Erkka Frankberg. Ce revêtement fonctionnel devrait alors considérablement retarder le début d’une dégradation incontrôlable de la gaine primaire du combustible. «Cela permettrait un refroidissement d’urgence rapide et une réduction drastique de la production d’hydrogène gazeux explosif à l’intérieur du réacteur. La production d’un tel gaz représente la principale menace pour toutes les centrales nucléaires qui utilisent l’eau comme système de refroidissement et le zirconium comme gaine du combustible», ajoute Fabio Di Fonzo. Avec le soutien financier de l’UE, Fabio Di Fonzo et Erkka Frankberg ont l’intention de transformer ce concept en une réalité. En utilisant une série de technologies de pointe pour la fabrication des matériaux, ils ont commencé à produire ces matériaux céramiques comme les oxydes amorphes, une base nécessaire pour la plasticité à basse température. Puis, ils ont testé les propriétés mécaniques et corrosives de ces matériaux par simulation en REL dans une configuration proche à la fois des conditions de fonctionnement normal et en état d’urgence.
La recherche continue
Selon Fabio Di Fonzo, les chercheurs pourraient avoir trouvé le Saint Graal de la science des matériaux: une céramique amorphe ductile, également connue sous le nom de verre ductile. «Bien que nous n’ayons pas encore trouvé une solution définitive aux problèmes liés au REL, nous avons démontré qu’il était possible de fabriquer des matériaux en nanocéramiques dotés de propriétés mécaniques sans précédent comme la plasticité», remarque t-il. «Avoir démontré que les verres d’alumine sont ductiles sous tension est pour nous d’une importance capitale, une première dans le domaine des céramiques.» Cependant, comme l’alumine se dissout en conditions de REL, la recherche du projet PLASTICERA se poursuit. «Nous travaillons actuellement sur d’autres nanoparticules de céramique amorphes qui présentent les mêmes propriétés mécaniques que l’alumine mais qui peuvent résister aux conditions corrosives du REL», conclut Erkka Frankberg.
Mots‑clés
PLASTICERA, énergie nucléaire, accident nucléaire, catastrophe de Fukushima Daiichi, Tchernobyl, gaine de combustible, revêtement de nanoparticules de céramique, réacteur nucléaire à eau légère
