Qu’est-ce que la fissuration par corrosion sous contrainte – SCC – Définition

L’un des problèmes métallurgiques les plus graves et une préoccupation majeure dans l’industrie nucléaire est la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). La fissuration par corrosion sous contrainte résulte de l’ action combinée d’une contrainte de traction appliquée et d’un environnement corrosif, les deux influences sont nécessaires. La SCC est un type de corrosion par attaque intergranulaire qui se produit aux joints de grains sous contrainte de traction. Il a tendance à se propager lorsque la contrainte ouvre des fissures sujettes à la corrosion, qui sont ensuite corrodées davantage, affaiblissant le métal en se fissurant davantage. Les fissures peuvent suivre des chemins intergranulaires ou transgranulaires, et il y a souvent une tendance à la ramification des fissures. Le comportement à la rupture est caractéristique de celui d’un matériau fragile, même si l’alliage métallique est intrinsèquement ductile. Le SCC peut entraîner une défaillance soudaine et inattendue d’alliages métalliques normalement ductiles soumis à une contrainte de traction, en particulier à température élevée. Le SCC est chimiquement très spécifique en ce sens que certains alliages sont susceptibles de subir un SCC uniquement lorsqu’ils sont exposés à un petit nombre d’environnements chimiques.

Voir aussi: Résistance à la rupture

Les moyens les plus efficaces de prévenir le SCC dans les systèmes de réacteur sont:

• concevoir correctement
• réduire le stress
• éliminer les espèces environnementales critiques telles que les hydroxydes, les chlorures et l’oxygène
• éviter les zones stagnantes et les crevasses dans les échangeurs de chaleur où le chlorure et l’hydroxyde pourraient se concentrer.

La fissuration par corrosion sous contrainte peut provoquer, par exemple, une défaillance de la barre de combustible nucléaire après des changements de puissance inappropriés, un mouvement de la barre et le démarrage de la centrale. Certains aciers inoxydables austénitiques et alliages d’aluminium se fissurent en présence de chlorures et l’acier doux se fissure en présence d’alcali (fissuration à la chaudière). Les aciers faiblement alliés sont moins sensibles que les aciers fortement alliés, mais ils sont sujets au SCC dans l’eau contenant des ions chlorure. Les alliages à base de nickel, cependant, ne sont pas affectés par les ions chlorure ou hydroxyde. Un exemple d’alliage à base de nickel résistant à la fissuration par corrosion sous contrainte est l’inconel.

Référence spéciale: US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.

La fissuration par corrosion sous contrainte en tant que mécanisme de défaillance du combustible

La gaine empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. Il existe diverses causes profondes de panne de carburant, qui ont été identifiées dans le passé. Aux premières dates d’exploitation des REP et des REB, ces causes étaient principalement des défauts de fabrication ou des frottements. L’une des causes possibles est également l’interaction pastille-gaine (PCI), qui peut être causée par une fissuration par corrosion sous contrainte. La fissuration par corrosion sous contrainte peut provoquer, par exemple, une défaillance de la barre de combustible nucléaire après des changements de puissance inappropriés, un mouvement de la barre et le démarrage de la centrale.

Dans les conditions de fonctionnement nominales, la température des pellets est d’environ 1 000 °C au centre, 400 à 500 °C à la périphérie. En cas d’augmentation importante de puissance, la température au centre des pastilles augmente fortement (> 1 500 °C, voire > 2 000 °C). Dans ce cas, une différence de dilatations thermiques entre la gaine combustible et les pastilles combustibles provoque une augmentation des contraintes dans la gaine combustible. La défaillance du combustible PCI est causée par une fissuration par corrosion sous contrainte sur la surface intérieure de la gaine, qui résulte des effets combinés de l’expansion des pastilles de combustible (en particulier au niveau des fissures radiales des pastilles et de la présence d’un environnement agressif de produits de fission (en particulier l’iode gazeux). Une telle défaillance se produit, expérimentalement, après un temps de maintien d’une à quelques minutes, à des niveaux de puissance élevés et soutenus.

Référence spéciale: CEA, Direction de l’énergie nucléaire. Combustibles nucléaires, ISBN 978-2-281-11345-7

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. González-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.

Voir au dessus:

Robustesse