EFFICAC : comprendre les nouveaux gainages revêtus de chrome
Cartographie EBSD (diffraction des électrons rétrodiffusées) du revêtement de Chrome déposé par pulvérisation cathodique magnétron sur une gaine
L’ASNR s’engage dans un nouveau programme de recherche, EFFICAC (EFFect of Irradiation on Coated ATF Cladding), dédié à l’étude du comportement, en conditions accidentelles, des gaines de combustible nucléaire revêtues de chrome.
Financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre d’une collaboration franco‑tchèque, EFFICAC se déroulera de 2026 à 2028. Il mobilise des compétences complémentaires autour d’un objectif commun : mieux comprendre et quantifier l’effet de l’irradiation sur le comportement mécanique de ces gainages innovants lors d’accidents de dimensionnement.
Un enjeu majeur pour les combustibles de demain
Les gaines de combustible constituent la première barrière de sûreté des réacteurs nucléaires. Depuis plusieurs années, l’industrie développe des gainages pour les crayons combustibles susceptibles d’être plus résistants aux accidents. Parmi les solutions envisagées, les gaines revêtues de chrome apparaissent particulièrement prometteuses.
Ce revêtement, d’une dizaine de micromètres d’épaisseur, améliore significativement les performances des gainages en termes de résistance à l’oxydation et offrirait donc des avantages en termes de sûreté, notamment en situation accidentelle. Ces performances doivent néanmoins encore être évaluées dans des conditions réalistes, en particulier après irradiation et sous fortes contraintes mécaniques (pression interne, interaction pastille‑gaine, phénomènes de ballonnement ou d’éclatement). C’est précisément à cet enjeu que répond le programme EFFICAC.
Une coopération scientifique importante
Le projet repose sur une véritable complémentarité scientifique entre les partenaires permettant une répartition des différentes tâches du projet, de la production de données expérimentales jusqu’au développement de modèles implémentables dans les outils de simulation :
- ASNR : essais sur matériaux non irradiés et développement des modèles,
- CVŘ (République tchèque) : irradiation et essais sur matériaux irradiés. Accès à des expérimentations en réacteur d’essai, en complément des essais sur matériaux non irradiés menés à l’ASNR,
- ÚJV (République tchèque) : synthèse et capitalisation des connaissances avec l’implémentation dans des outils
Produire des données pour améliorer la sûreté
L’un des apports importants d’EFFICAC sera la production de données expérimentales sur des gaines irradiées revêtues de chrome, encore peu documentées à ce jour.
Le programme s’appuie sur une approche comparative : des essais mécaniques seront menés à la fois sur des gaines irradiées dans le réacteur expérimental LVR‑15, en République Tchèque, et sur des gaines non irradiées à l’ASNR.
Un point clé du projet consiste à déterminer dans quelle mesure les essais réalisés sur des matériaux non irradiés sont représentatifs comportement réel des matériaux après irradiation. Le projet cherchera notamment à savoir si les effets de l’irradiation peuvent être partiellement atténués lors de transitoires accidentels caractérisés par une forte élévation de température.
Un levier stratégique pour renforcer les connaissances et les outils
Le programme EFFICAC contribuera à améliorer la compréhension du comportement des gaines revêtues de chrome en conditions accidentelles et à consolider les modèles utilisés pour l’évaluation de la sûreté.
Les données produites viendront enrichir les outils de simulation en apportant des références expérimentales sur ces matériaux innovants.
Dans ce cadre, les résultats du programme pourront notamment être intégrés dans des plateformes de calcul comme FUEL+, contribuant ainsi à renforcer les capacités d’analyse et d’expertise associées à l’évaluation des combustibles.
Revêtement de Cr déposé par pulvérisation cathodique magnétron sur une gaine. Image réalisée avec un MEB (microscope électronique à balayage)