Classement des matériaux

Une compréhension de la science des matériaux est essentielle pour que le personnel de la centrale électrique comprenne pourquoi un matériau a été sélectionné pour certaines applications au sein de son installation. Presque tous les processus qui ont lieu dans les installations nucléaires impliquent l’utilisation de métaux spécialisés. Une compréhension de base de la science des matériaux est nécessaire pour les exploitants d’installations nucléaires, le personnel de maintenance et le personnel technique pour exploiter et entretenir en toute sécurité l’installation et les systèmes de soutien de l’installation. Notre objectif ici sera d’introduire l’ingénierie des  matériaux des réacteurs nucléaires. La connaissance des propriétés thermophysiques et nucléaires des matériaux est essentielle pour la conception des centrales nucléaires.

Classement des matériaux

Un matériau est défini comme une substance (le plus souvent un solide, mais d’autres phases condensées peuvent être incluses) qui est destinée à être utilisée pour certaines applications. Il existe une myriade de matériaux autour de nous – ils peuvent être trouvés dans n’importe quoi, des bâtiments aux vaisseaux spatiaux. Sur la base de la chimie et de la structure atomique, les matériaux sont classés en trois catégories générales:

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  Métaux. Le métal est un matériau (généralement solide) comprenant un ou plusieurs éléments métalliques (par exemple, le fer, l’aluminium, le cuivre, le chrome, le titane, l’or, le nickel), et souvent aussi des éléments non métalliques (par exemple, le carbone, l’azote, l’oxygène) en quantités relativement faibles . La particularité des métaux en ce qui concerne leur structure est la présence de porteurs de charge, en particulier d’ électrons. Cette caractéristique est donnée par la nature de la liaison métallique. Dans une liaison métallique, les atomes ne partagent ni n’échangent d’électrons pour se lier. Au lieu de cela, de nombreux électrons (environ un pour chaque atome) sont plus ou moins libres de se déplacer dans le métal, de sorte que chaque électron peut interagir avec de nombreux atomes fixes. Les conductivités électriques et thermiques des métaux proviennent de le fait que leurs électrons externes sont délocalisés.

• Céramique. Une céramique est un matériau solide comprenant un composé inorganique d’atomes métalliques, non métalliques ou métalloïdes principalement maintenus dans des liaisons ioniques et covalentes. Des exemples courants sont la faïence, la porcelaine et la brique. Dans l’industrie nucléaire, le dioxyde d’uranium est un composé d’uranium céramique réfractaire, souvent utilisé comme combustible nucléaire.
• Polymères. Les polymères sont des composés (macromolécules) composés de carbone, d’hydrogène et d’autres éléments non métalliques. Les polymères vont des plastiques synthétiques familiers tels que le polystyrène aux biopolymères naturels tels que l’ADN et les protéines qui sont fondamentales pour la structure et la fonction biologiques. Certains polymères courants et familiers sont le polyéthylène (PE), le nylon, le polycarbonate (PC), le polystyrène (PS) et le caoutchouc de silicone.

De plus, les composites sont composés d’au moins deux types de matériaux différents. Une autre catégorie de matériaux est celle des matériaux avancés utilisés dans les applications de haute technologie, notamment:

• Semi-conducteurs. En général, les semi-conducteurs sont des matériaux, inorganiques ou organiques, qui ont la capacité de contrôler leur conduction en fonction de la structure chimique, de la température, de l’éclairement et de la présence de dopants. Le nom de semi- conducteur vient du fait que ces matériaux ont une conductivité électrique entre celle d’un métal, comme le cuivre, l’or, etc., et celle d’un isolant, comme le verre.
• Biomatériaux. En général, un biomatériau est toute substance qui a été conçue pour interagir avec des systèmes biologiques à des fins médicales. Ces matériaux ne doivent pas produire de substances toxiques et doivent être compatibles avec les tissus de l’organisme (c’est-à-dire qu’ils ne doivent pas provoquer de réactions biologiques indésirables).
• Matériaux intelligents. Les matériaux intelligents sont des matériaux qui détectent et réagissent aux changements de leur environnement de manière prédéterminée.
• Les nanomatériaux sont des matériaux qui ont des caractéristiques structurelles de l’ordre du nanomètre, dont certains peuvent être conçus au niveau atomique/moléculaire.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Science des matériaux