Zircaloy

Le Zircaloy est un groupe d'alliages de zirconium. Il est essentiellement utilisé dans l'industrie nucléaire pour ses caractéristiques neutroniques, comme matériau de gainage du combustible.



Catégories :

Alliage - Métal - Matériau - Matériau nucléaire - Composé du zirconium

Définitions :

  • Alliage de zirconium et d'un ou plusieurs autres métaux (étain, fer, chrome, nickel), qui est spécifiquement résistant du point de vue mécanique et chimique. Il est utilisé pour la conception des gaines de combustible. (source : nucleaire)

Le Zircaloy (de l'anglais Zirconium et «alloy» = alliage) est un groupe d'alliages de zirconium. Il est essentiellement utilisé dans l'industrie nucléaire pour ses caractéristiques neutroniques (très faible section efficace d'absorption des neutrons thermiques), comme matériau de gainage du combustible (première barrière de confinement).

Il est aussi utilisé dans l'industrie chimique car ses matériaux sont assez abondants, ainsi qu'à cause de ses remarquables propriétés physico-chimiques :


Les principales nuances de Zircaloy sont :

Le Zircaloy «nucléaire» doit contenir une très faible quantité de hafnium (matériau avec une forte section efficace d'absorption des neutrons). Le minerai naturel contient à la fois le zirconium et le hafnium : le zirconium «commercial» contient de l'ordre de 1, 5 % de hafnium. La séparation du hafnium est une opération complexe. Cette opération représente à peu près 90 % du coût du zirconium «nucléaire». Le hafnium ainsi obtenu est utilisé comme matériau absorbant des barres de commandes de réacteurs nucléaires (réacteurs embarqués des sous-marins ou réacteurs expérimentaux).

Le Zircaloy présente une grande affinité avec l'hydrogène pour former des hydrures. Ces hydrures fragilisent fortement le Zircaloy. La maîtrise de la quantité d'hydrures constitués est un paramètre clé dans la conception des réacteurs nucléaires. Ce phénomène est l'un de ceux qui limitent l'utilisation du combustible nucléaire (taux de combustion).

Le Zircaloy réagit aussi avec l'oxygène (O2 ou H2O) pour former de l'oxyde de zirconium, nommé zircone. Compte tenu de la structure cristalline différente, quand la couche d'oxyde devient trop importante, celle-ci se décolle sous forme de plaques : c'est ce qu'on nomme desquamation de l'oxyde. La réaction d'oxydation du zirconium est exothermique. À haute température, on observe un emballement de la réaction d'oxydation avec un dégagement important de chaleur.

Le Zy-4, lors des irradiations particulièrement longues, a tendance à s'oxyder (et s'hydrurer) de manière importante. C'est pourquoi les industriels ont développé de nouveaux alliages de zirconium qui ont un meilleur comportement vis-à-vis de la corrosion. Il s'agit d'alliage de zirconium avec du niobium plus d'autres éléments additifs : alliage Zirlo (Westinghouse, USA), E110 (Russie), M5 (Areva NP, France). Ces nouveaux matériaux sont en train de remplacer progressivement le Zy-4.

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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