Evolutions structurales au sein d'un alliage de zirconium oxyde a haute temperature en diffraction des rayons X in situ au rayonnement synchrotron

Pour certaines situations accidentelles hypothetiques rencontrees dans les reacteurs nucleaires a eau pressurisee (REP), la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles peut etre exposee durant quelques minutes a de la vapeur d’eau a haute temperature (jusqu’a 1200°C), avant d’etre refroidie puis trempee a l’eau. Le materiau de gainage subit alors de nombreuses evolutions structurales et metallurgiques : formation d’une couche d’oxyde (zircone), diffusion d’oxygene dans le metal sous-jacent, changements de phases du metal et de l’oxyde. Ces evolutions generent des contraintes internes a prendre en compte dans le cadre de l’etude de l’integrite du materiau fragilise par l’oxydation. Ces evolutions structurales sont a ce jour peu connues. Afin de suivre le processus d'oxydation a haute temperature d'un alliage de zirconium (le Zircaloy-4), nous avons realise des mesures in-situ de diffraction des rayons X sous rayonnement synchrotron a l’ESRF sur la ligne de lumiere BM02 grâce a un four specifique disponible sur cette ligne. Ce dernier a permis d’atteindre avec une bonne maitrise les temperatures visees et surtout de controler precisement l’atmosphere. Ainsi, on a pu suivre sur des plaquettes de Zircaloy-4 les evolutions structurales et microstructurales des zircone monoclinique et quadratique (taille des cristaux, quantite relative de ces deux phases, …) en fonction de la temperature (entre 700 et 1100°C) et du temps : durant le chauffage, l’oxydation a haute temperature et aussi le refroidissement.