Stage 2018 - CG/GCFPM

WAF – Tungsten Alloys for Fusion

L’objectif de ce projet est la synthèse d'alliages de tungstène utilisables dans le contexte de la fusion thermonucléaire, et particulièrement pour la construction du divertor du futur réacteur de fusion. Il s’agit d’optimiser ces alliages afin d’obtenir de meilleures propriétés mécaniques que les matériaux existants, avec notamment une température de transition ductile fragile moins élevée facilitant les conditions d’usinage et améliorant les propriétés vis à vis de l’exposition au plasma, ce qui doit passer par l’obtention de matériaux nanométriques homogènes en composition. Simultanément, ces nouveaux alliages doivent présenter une forte résistance à l'oxydation, laquelle peut s'avérer préjudiciable dans certaines conditions accidentelles du réacteur. Nous étudierons enfin si ces nouveaux alliages de tungstène ne forment pas d’hydrures en présence de tritium ce qui pourrait entrainer un inventaire en tritium in situ au-delà des limites imposées par l’Autorité de Sureté.

L’originalité du projet est en grande partie fondée sur l’obtention de poudres d’alliages réfractaires nanométriques, homogènes en composition, afin de garantir une température de transition ductile-fragile suffisamment basse pour rendre le matériau usinable, et une bonne résistance à l’oxydation. Cette synthèse se fera par l’utilisation du procédé SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis). De nombreux travaux préliminaires ont déjà été effectués au LSPM sur la synthèse de matériaux riches en tungstène, allant du tungstène pur à des alliages complexes (dits « à haute entropie »), notamment des alliages binaires, ternaires et quaternaires dans le système W-Mo-Ta-Nb-V. Si une optimisation reste nécessaire, il n’y a pas de verrou identifié à lever pour fabriquer les nouveaux alliages envisagés.

Dans le cadre de ce stage Master, l’étudiant sera chargé :

  • Par une étude bibliographique approfondie, de préciser le choix des alliages à développer en tenant compte en particulier de problèmes spécifiques à la thématiques fusion, rarement abordés en science des matériaux, et notamment l’activation neutronique.

  • De synthétiser, grâce à la technique unique développée au LSPM, des poudres alliages W (>90%), V, Cr, Ti, Y selon les résultats bibliographiques obtenus. L’étudiant se limitera à quelques échantillons les plus significatifs.

  • De caractériser les échantillons pulvérulents obtenus par MEB, DRX, EDS....

  • De densifier ces poudres par Spark Plasma Sentering afin d’obtenir des échantillons solides. De contrôler leurs propriétés en particulier en termes d’homogénéité.

  • D’étudier les propriétés mécaniques des échantillons obtenus (dureté, mesure de température de transition ductile-fragile,...).

Ce projet de Master aura lieu au LSPM qui est situé à Paris 13 Villetaneuse.

Il sera co-encadré par Dominique Vrel, Directeur de Recherche CNRS membre du LSPM et Christian Grisolia, Directeur de Recherche CEA membre du groupe matériaux de l’IRFM.

Mise à jour : 05/12/2017