Les techniques de diffraction comme outils d’investigation multi-échelle pour les céramiques nucléaires.

National audienceLes propriétés d’usage des céramiques résultent d’un subtil équilibre entre leurs propriétés locales à l’échelle atomique (composition chimique, structure cristallographique) et leurs microstructures à l’échelle micrométrique (taille des grains, type et densité de défauts, interfaces). L’environnement immédiat des atomes à l’échelle atomique contrôle les propriétés thermodynamiques des solides (énergie de cohésion, température de fusion, etc.) alors que la microstructure, prenant en compte la distribution des défauts et leurs interactions, est responsable des modifications importantes des lois de comportement dans les matériaux (conductivité thermique, contrainte à rupture, ...) et pilote donc le comportement des matériaux à l’échelle macroscopique. Ces deux échelles ne sont pas disjointes et la nécessité d’étudier ce couplage est un point fondamental pour appréhender les comportements des matériaux en conditions extrêmes (température et irradiation). Par exemple, sous irradiation, les collisions élastiques produites par le ralentissement de neutrons dans le cristal et les dépôts d’énergie électroniques dus à la traversée du cristal par les produits de fission affectent la cohésion du cristal à l’échelle atomique. De plus, la diffusion de ces défauts produits par irradiation modifie drastiquement la microstructure conduisant ainsi à d’importantes modifications de leurs lois de comportement. Au cours de cet exposé nous allons montrer par quelques exemples sur des matériaux céramiques (ZrO2, CeO2, UO2, …) que les techniques de diffractions (classiques, en incidence rasante, PDF, …) sont capables d’apporter des éléments de réponse et que les informations extraites d’un diagramme de diffraction sont par leur nature multi-échelles : positions atomiques, motifs cristallographiques, paramètres de maille (contraintes mécaniques), défauts (microdéformations locales), etc