Matériaux pour le nucléaire

Responsable scientifique :

Olivier TOUGAIT (PR–ULille)

Responsable technique :

Philippe DEVAUX (TCH–ULille)

Contact :

Philippe DEVAUX

Le plateau ‘matériaux pour le nucléaire’ répond aux besoins en synthèse de composés uranifères, ainsi que de leurs préparations pour analyses : précipitation, calcination, séchage, fusion, pastillages, frittage, découpe, polissage, séparation liquide-solide (filtration et/ou centrifugation) et tamisage.

Accessible à l’ensemble des chercheurs ayant reçu une formation délivrée par la Personne Compétente en Radioprotection, le plateau propose des collaborations avec des laboratoires académiques et des partenariats formalisés avec les industriels du nucléaire. La possibilité de manipuler les radioéléments (uranium et thorium) permet de répondre à de nombreuses demandes d’étude de la chimie et des matériaux en relation avec le cycle du combustible des réacteurs de fission.

Pour les chercheurs du laboratoire, il est également possible d’avoir accès au plateau après avoir suivi une formation individuelle ou collective.

Equipements remarquables

Eléments spécifiques au Plateau Nucléaire : Manipulation de poudres radioactives

Du fait de l’utilisation de poudres radioactives, le plateau est équipé d’éléments de sécurité que sont les hottes à flux laminaires et les boites à gants.

Les deux hottes à flux laminaires sont conçues pour garantir la protection du personnel et de l’environnement lors de la manipulation de poudres radioactives. Trois filtres HEPA sont présents sur ces hottes, maintenant ainsi les poudres à l’intérieur.

Deux boites à gants sont présentes au plateau. Ces boites sont sous argon, isolant les éléments radioactifs de l’air ambiant, permettant le stockage de matériaux ou la préparation d’échantillons pour analyse. Ces boites sont équipées d’une balance, ainsi que d’une presse hydraulique permettant la réalisation de pastilles.

2 hottes à flux laminaires Cyto Fast Elite 218
2 boites à gants Jacomex GP campus

Eléments spécifiques au nucléaire : Synthèse et préparation d’échantillon

Le plateau est équipé pour réaliser la synthèse de poudre par précipitation. Une fois précipitée, la poudre peut être séparée de la phase liquide par filtration ou centrifugation. La centrifugation est un procédé permettant la séparation des composés d’un mélange en fonction de leur différence de densité, en accélérant la décantation. Le plateau est équipé de supports pour tubes à centrifuger de quelques millilitres à 200 ml.

Le broyage planétaire permet de fragmenter des matériaux ou de les mélanger, ainsi que d’homogénéiser des émulsions et des pâtes ou d'effectuer une mécano-synthèse et une activation dans les applications de recherche sur les matériaux. Le broyeur utilisé au plateau permet de réaliser ces processus sur des éléments radioactifs.

Le tamisage permet de séparer des particules solides en fonction de leurs dimensions, permettant une analyse granulométrique. Le plateau est équipé d’une tamiseuse et de tamis.

Le plateau est équipé de deux presses, la première sous air ambiant, la seconde en boite à gants. Ces presses permettent de mettre en forme des poudres sous forme de pastilles de diamètre 8 ou 10 mm.

Le four à arc électrique est utilisé en métallurgie pour réaliser la fusion de métaux. Un arc électrique est réalisé dans une chambre contenant les matières premières à fondre. Les billes brut d’arc peuvent ensuite être analysées directement ou être traitées thermiquement. Le plateau est équipé d’un four à arc électrique permettant la fusion d’alliage avec ou sans éléments radioactifs.

Certaines synthèses nécessitent une étape de traitement thermique, pour cela le plateau est équipé d’un ensemble de fours (pouvant fonctionner sous différentes atmosphères : air, argon, argon-hydrogène) et d’étuves.

Afin de réaliser certaines analyses de surface (optique, microscopie électronique), un polissage est nécessaire. Le plateau est équipé d’une polisseuse permettant le traitement de surface de matériaux radioactifs (pièces massives ou poudres enrobées). L’état de surface peut être observé lors du processus de polissage à l’aide d’une loupe binoculaire située à côté de la polisseuse.

Souhaitant obtenir une pièce aux dimensions particulières, que ce soit pour la production de tranches fines ou l’adaptation de la taille d’un échantillon aux dimensions de l’appareil d’analyse, le plateau est équipé d’une tronçonneuse avec des disques diamantés. La gamme de lames présente permet la découpe de nombreux matériaux, y compris ceux d’uranium métallique.

Centrifugeuse Thermoscientific Sorvale ST16
Broyeuse Retsch PM100
Tamiseuse Retsch AS200 basic, équipée de tamis de diamètre d’ouverture 63 µm à 2500 µm
Presse hydraulique manuelle Specac
Four à arc Edmund Bühle Gmbh MAM 1
2 fours tubulaires ‘Eraly’ (Température maximale :  1100°C)
Four tubulaire de type puits ‘Eraly’ (Température maximale :  1100°C)
Four à moufle ‘Nabertherm’ (Température maximale : 1150°C)
Four tubulaire ‘Nabertherm’ (Température maximale : 1750°C)
Polisseuse Struers Tegramin 30
Binoculaire motic smz 168
Tronçonneuse à disque diamanté, Lamplan Cutlam Micro 3.0

Analyse de poudre : Morphogranulomètre

L’observation des particules composant une poudre, de la surface d’une pièce massive ou des particules d’une suspension peut se faire de manière optique.

Le plateau est équipé d’un morphogranulomètre. Cet outil permet de caractériser des particules afin d’en connaître leurs propriétés morphologiques (forme) ou granulométriques (dimensions).

Le morphogranulométre permet l’analyse d’une poudre par voie solide (dispersion directe sur lame de verre), par voie liquide (dispersion dans une solution et dépôt de la suspension sur lame de verre), mais également d’une cellule pour analyser une suspension. La taille des particules peut varier de 1 µm à quelques mm. La caractérisation se fait par détection optique. Le morphogranulomètre analyse séparément les particules d’un échantillon, puis pixélise les images, ce qui permet de caractériser chaque particule par sa forme ou ses dimensions.

Des classes de particules peuvent ensuite être constituées, en regroupant les particules de même morphologie (ou de forme proche), ou les particules de même taille. Cette analyse permet alors de quantifier les différentes populations d’un échantillon.

Morphogranulomètre Malvern G3SE