Zircaloy
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Le Zircaloy (de l'anglais Zirconium et " alloy "=alliage) est un groupe d'alliages de zirconium. Il est principalement utilisé dans l'industrie nucléaire pour ces caractéristiques neutroniques (très faible section efficace d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition...) des neutrons thermiques), comme matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison...) de gainage du combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...) (première barrière de confinement).

Il est aussi utilisé dans l'industrie chimique car ses matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) sont relativement abondants, et à cause de ses remarquables propriétés physico-chimiques :

  • Résistance à la corrosion des acides, des alcalins, de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.), etc.
  • Résistance thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) et tenue aux hautes températures
  • Transparent pour les neutrons lents

Les principales nuances de Zircaloy (Le Zircaloy (de l'anglais Zirconium et « alloy »=alliage) est un groupe d'alliages de zirconium. Il est principalement utilisé dans l'industrie...) sont :

  • Zircaloy-1 (Zry-1) : alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) de zirconium avec 2,5 % d'étain. Cet alliage a pour principal inconvénient de se corroder avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Des éléments additifs ont été rajoutés pour contrer cet effet.
  • Zircaloy-2 (Zry-2) : alliage de zirconium (98,25 % en masse), d'étain (1,45 %), de chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) (0,10 %), fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous...) (0,135 %), nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) (0,055%) et hafnium résiduel (< 0,01 %).(lien). Cet alliage est principalement utilisé dans les réacteurs à eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) bouillante (REB)
  • Zircaloy-4 (Zry-4) : alliage de zirconium (98,23 % en masse), d'étain (1,45 %), fer (0,1 %), chrome (0,1 %) et hafnium (< 0,01%).(lien). C'est le matériau de gainage principal des combustibles des centrales à eau sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) (REP). Il existe des variantes du Zry-4 (taux d'étain plus faible) qui permettent de diminuer la desquamation de la couche d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également...) qui se forme pendant le fonctionnement.

Le Zircaloy "nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :)" doit contenir une très faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) de hafnium (matériau avec une forte section efficace (Une section efficace est une grandeur physique correspondant à la probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée de la physique nucléaire ou...) d'absorption des neutrons). Le minerai naturel contient à la fois le zirconium et le hafnium : le zirconium "commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.)" contient de l'ordre de 1,5 % de hafnium. La séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans...) du hafnium est une opération difficile. Cette opération représente environ 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 (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) pour former des hydrures. Ces hydrures fragilisent fortement le zircaloy. La maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents niveaux selon ceux-ci.) de la quantité d'hydrures formés est un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) 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 (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) (O2 ou H2O) pour former de l'oxyde de zirconium, appelé zircone. Compte tenu de la structure cristalline différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...), lorsque la couche d'oxyde devient trop importante, celle-ci se décolle sous forme de plaques : c'est ce que l'on appelle desquamation de l'oxyde. La réaction d'oxydation du zirconium est exothermique. À haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...), on observe un emballement de la réaction d'oxydation avec un dégagement important de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !).

Le Zry-4, lors des irradiations très longues, a tendance à s'oxyder (et s'hydrurer) de manière importante. C'est la raison pour laquelle 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 (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises), et peut être...) progressivement de remplacer le Zry-4.

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