Procédé de coulage sous pression pour la fabrication par voie directe de pastilles de combustible nucléaire : Influence des propriétés physiques des suspensions sur la filtrabilité

International audienceNous étudions un procédé de précipitation/drainage pour la fabrication des pastilles de combustible nucléaire. Cette voie « directe » (i.e. sans étape préalable de filtration et séchage des poudres) permettrait d'une part, d'accroitre la robustesse et la flexibilité du procédé de recyclage du combustible nucléaire et d'autre part de réduire la dissémination de poudre radioactive dans les boites à gants du procédé industriel. Les étapes clés de cette nouvelle voie d'élaboration reposent sur la précipitation en émulsion [1] et sur le développement d'un équipement de coulage sous pression adapté aux spécificités des suspensions. Le coulage sous pression a été largement étudié pour les composés céramiques, comme le Si3N4 ou le YAG [2]. La mise au point de cette technique pour la fabrication de pastilles de combustible est actuellement à l'étude. Dans ce cadre, le carbonate de calcium est considéré comme modèle. Sa synthèse en réacteur agité permet d'accéder facilement à différents faciès cristallins [3]. A l'instar des travaux précédents [4], plusieurs lots de particules de distribution de taille et faciès parfaitement caractérisés (granulométrie, MEB, DRX) ont été synthétisés afin de comprendre et de modéliser l'influence de ces propriétés sur la perméabilité et la compressibilité des gâteaux formés lors du coulage sous pression. Une étude comparative portant sur le dispersant (éthanol, eaux mères, etc.) a, en outre, été réalisée. En effet, différents additifs (surfactant, porogène, etc.) peuvent être utilisés dans le procédé pour faciliter l'écoulement des suspensions, améliorér la tenue mécanique de la pastille crue et/ou la densité finale de la pastille frittée. Il est donc primordial d'appréhender très en amont l'influence des interactions physicochimiques entre les particules solides et le solvant sur le procédé. Ces interactions (répulsions, formation de ponts capillaires [5], etc.) sont liées à la surface spécifique des particules et à la chimie des interfaces. Partant de la loi de Darcy, un modèle d'écoulement, reposant sur l'hydrodynamique d'un milieu poreux non uniforme et compressible, a été développé [4] et adapté pour simuler le coulage sous pression, en filtration frontale ou tangentielle. Les résultats obtenus sur les différents composés (taille, forme, intéractions chimiques) seront discutés et présentés