Brevet FR3113175A1 — publié le 20220204

Elément de gainage de combustible nucléaire et procédé de fabrication d’un tel élément de gainage L’élément de gainage de combustible nucléaire comprend un substrat (16) réalisé dans un matériau à base de zirconium et un revêtement de protection (18) recouvrant extérieurement le substrat (16), le revêtement de protection (18) étant réalisé dans un matériau à base de chrome, et présentant une microstructure colonnaire composée de grains colonnaires (20) et présentant sur sa surface externe (18B) une densité de microgouttelettes inférieure à 100 par mm 2 . Figure pour l'abrégé : 3 Elément de gainage de combustible nucléaire et procédé de fabrication d’un tel élément de gainage La présente invention concerne le domaine des gaines de combustible nucléaire, en particulier des gaines de crayon de combustible nucléaire, et leur procédé de fabrication. Le combustible nucléaire incluant la matière fissile est généralement contenu dans une gaine étanche qui évite la dispersion du combustible nucléaire. Les assemblages de combustible nucléaire utilisés dans les réacteurs à eau légère comprennent généralement un faisceau de crayons de combustible nucléaire, chaque crayon de combustible nucléaire comprenant une gaine contenant du combustible nucléaire, la gaine étant formée d’un tube de gainage fermé à chacune de ses deux extrémités par un bouchon. Les tubes de gainage des assemblages de combustible nucléaire sont réalisés par exemple en zirconium ou en alliage à base de zirconium. De tels alliages présentent des performances élevées en conditions normales d’utilisation dans les réacteurs nucléaires. Cependant, ils peuvent atteindre leurs limites notamment en terme de température lors de conditions accidentelles sévères, comme par exemple lors d’un accident de perte de fluide de refroidissement (ou LOCA pour « Loss Of Coolant Accident » en anglais). Lors d’un tel évènement, la température peut atteindre plus de 800°C et le fluide de refroidissement se présente essentiellement sous forme de vapeur d’eau. Ceci peut causer une dégradation rapide du tube de gainage, avec notamment un dégagement d’hydrogène et une oxydation rapide du tube de gainage conduisant à sa fragilisation voire à son éclatement, et donc au relâchement de combustible nucléaire hors de la gaine. Lors de l’oxydation, une partie de l’hydrogène produit est absorbée (hydruration) par la gaine entrainant une fragilisation de cette dernière. WO2016/042262A1 propose une gaine de combustible nucléaire comprenant un substrat réalisé en zirconium ou en alliage de zirconium et recouvert d’un revêtement de protection réalisé en chrome ou en alliage de chrome, le revêtement de protection présentant une microstructure colonnaire. Un des buts de l’invention est de proposer un élément de gainage de combustible nucléaire qui présente une résistance satisfaisante à l’hydruration et/ou à l’oxydation. A cet effet, l’invention propose un élément de gainage de combustible nucléaire, l’élément de gainage comprenant un substrat réalisé dans un matériau à base de zirconium et un revêtement de protection recouvrant extérieurement le substrat, le revêtement de protection étant réalisé dans un matériau à base de chrome, dans lequel le revêtement de protection présente une microstructure colonnaire composée de grains colonnaires et présente sur sa surface externe une densité de microgouttelettes inférieure à 100 par mm 2 . La microstructure colonnaire permet d’obtenir un revêtement de protection ductile pouvant résister à la déformation, ce qui limite les risque d’apparition de fissures en cas de déformation de l’élément de gainage. L’apparition d’une fissure serait susceptible d’exposer le substrat à l’environnement extérieur, ce qui pourrait provoquer sa dégradation et son affaiblissement, et conduire in fine à une ouverture de l’élément de gainage. La limitation de la densité des microgouttelettes présentes à la surface du revêtement de protection permet d’améliorer encore la résistance de l’élément de gainage. En effet, la présence de microgouttelettes limite la protection conférée par le revêtement de protection en permettant l’infiltration de fluide de refroidissement le long des frontières des microgouttelettes, réduisant la résistance à la corrosion et à l’oxydation de l’élément de gainage, en particulier à haute température. Les microgouttelettes constituent des discontinuités dans la microstructure du revêtement de protection, qui forment des points de faiblesse et qui sont susceptibles d’initier des fissures dans le revêtement de protection. En outre, la présence de microgouttelettes affecte au moins localement la microstructure du revêtement de protection, les grains colonnaires présentant généralement un diamètre moyen plus élevé sous les microgouttelettes. Selon des modes de réalisation particuliers, l’élément de gainage comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - à proximité de et/ou à l’interface entre l’élément de gainage et le revêtement de protection, les grains colonnaires présentent un diamètre moyen égal ou inférieur à 1 μm, de préférence égal ou inférieur à 0,5 μm ; - à proximité de et/ou sur la surface externe du revêtement de protection, les grains colonnaires présentent un diamètre moyen entre 0,05 μm et 5 μm, de préférence entre 0,1 μm et 2 μm ; - les microgouttelettes possèdent un diamètre égal ou inférieur à 20 μm ; - le revêtement de protection présente une épaisseur comprise entre 5 μm et 25 μm. - le revêtement de protection est réalisé en un matériau à base de chrome, par exemple en chrome pur ou en un alliage à base de chrome, par exemple un alliage binaire de chrome, en particulier un alliage binaire chrome-aluminium, un alliage binaire chrome-azote ou un alliage binaire chrome-titane ; - l’élément de gainage est un tube de gainage, en particulier un tube de gainage de crayon de combustible nucléaire. L’invention concerne aussi un élément de combustible nucléaire comprenant du combustible nucléaire disposé à l’intérieur d’une gaine formée par au moins un élément de gainage tel que défini ci-dessus. L’invention concerne aussi un crayon de combustible nucléaire comprenant du combustible nucléaire disposé à l’intérieur d’une gaine formée d’un élément de gainage tubulaire tel que défini ci-dessus, fermé à ses extrémités par des bouchons. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un élément de gainage tel que défini ci-dessus, comprenant l’obtention du substrat puis le dépôt du revêtement de protection sur le substrat par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique d’une cible ou par dépôt physique par projection à froid. Le dépôt du revêtement de protection par un dépôt physique en phase vapeur ou par dépôt physique par projection à froid, en particulier par pulvérisation cathodique magnétron, permet d’obtenir la microstructure colonnaire tout en limitant la densité de microgouttelettes à la surface du revêtement de protection. Selon des modes de mise en œuvre particuliers, le procédé de fabrication comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dépôt est effectué par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique magnétron ; - le substrat est en forme de plaque et l’étape dépôt est réalisé de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection sur le substrat est comprise entre 1 µm/h et 30 µm/h ; - le substrat est un tube présentant un axe central, et l’étape de dépôt est réalisée en entrainant le substrat en rotation autour de son axe central et de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection sur le substrat est comprise entre 1/π µm/h et 30/π µm/h ; - le dépôt est réalisé par dépôt physique en phase vapeur en alimentant la cible en courant continu de manière à obtenir une densité de courant comprise entre 0,0005 A/cm 2 et 0,1 A/cm 2 sur la cible ou en courant pulsé avec des pics de courant de manière à obtenir une densité de courant comprise entre 0,01 A/cm 2 et 5 A/cm 2 sur la cible lors des pics de courant ; - le dépôt est réalisé par dépôt physique en phase vapeur avec une tension de polarisation électrique du substrat par rapport à la cible durant le dépôt physique en phase vapeur, qui est négative et comprise entre – 10 V et – 200 V. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un crayon de combustible nucléaire ; - la Figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d’un tube de gainage d’un crayon de combustible nucléaire ; - la Figure 3 est une micrographie d’une coupe d’un revêtement de protection déposé sur un substrat ; - la Figure 4 est une vue schématique d’une région de la surface d’un revêtement de protection, illustrant la présence de microgouttelettes ; et - la Figure 5 est une vue schématique d’un ensemble de dépôt d’un revêtement sur un substrat par dépôt physique en phase vapeur. La Figure 1 illustre un crayon de combustible nucléaire 2 destiné par exemple à être utilisé dans un réacteur à eau légère, en particulier un réacteur à eau sous pression (ou PWR pour « Pressurized Water Reactor ») ou un réacteur à eau bouillante (ou BWR pour « Boiling Water Reactor »), un réacteur de type « VVER », un réacteur de type « RBMK », ou un réacteur à eau lourde, par exemple de type « CANDU ». Le crayon de combustible nucléaire 2 présente la forme d’une tige allongée suivant un axe de crayon A. Le crayon de combustible nucléaire 2 comprend une gaine 4 contenant du combustible nucléaire. La gaine 4 comprend un élément de gainage 6 tubulaire (ou « tube de gainage »), s’étendant suivant l’axe de crayon A et fermé à chacune de ses extrémités par un bouchon 8. Le combustible nucléaire se présente sous la forme d’un empilement de pastilles 10 empilées axialement à l’intérieur du tube de gainage 6, chaque pastille 10 contenant du matériau fissile. L’empilement de pastilles 10 est aussi appelée « colonne fissile ». Le crayon de combustible nucléaire 2 comprend un ressort 12 disposé à l’intérieur de l’élément de gainage 6, entre l’empilement de pastilles 10 et l’un des bouchons 8, pour pousser l’empilement de pastilles 10 vers l’autre bouchon 8. Un vide ou plenum 14 et présent entre l’empilement de pastilles 10 est le bouchon sur lequel le ressort 12 prend appui. Comme illustré sur la Figure 2 qui représente une vue en coupe transversale de l’élément de gainage 6, ce dernier comprend un substrat 16 recouvert extérieurement d’un revêtement de protection 18. Le substrat 16 présente une surface interne 16A, tournée vers l’intérieur de la gaine 4, et une surface externe 16B tournée vers l’extérieur de la gaine 4. Le revêtement de protection 18 recouvre la surface externe 16B du substrat 16 pour le protéger de l’environnement extérieur. L’élément de gainage 6 est ici un tube, et, de manière correspondante, le substrat 16 présente ici une forme tubulaire. Le substrat 16 est par exemple réalisé dans un matériau à base de zirconium. Dans le contexte présent, un matériau à base de zirconium désigne un matériau en zirconium pure ou en alliage à base de zirconium. Un matériau en zirconium pur est un matériau comprenant au moins 99 % en poids de zirconium. Un alliage à base de zirconium est un alliage comprenant au moins 95% en poids de zirconium. L’alliage à base de zirconium est par exemple choisi parmi un des alliages connus tels que M5, ZIRLO, E110, HANA et N36. Le substrat 16 présente par exemple une épaisseur comprise entre 0,4 mm et 1 mm. L’épaisseur du substrat 16 est la distance entre la surface interne 16A et la surface externe 16B du substrat 16. Le revêtement de protection 18 est une couche mince présentant par exemple une épaisseur strictement inférieure à celle du substrat 16. Le revêtement de protection 18 présente par exemple une épaisseur comprise entre 5 µm et 25 µm, en particulier une épaisseur comprise entre 10 µm et 20 µm. L’épaisseur du revêtement de protection 18 est prise perpendiculairement à la surface sur laquelle le revêtement de protection 18 est déposé, ici la surface externe 16B du substrat 16. De préférence, le revêtement de protection 18 est la couche la plus externe de l’élément de gainage 6. Le revêtement de protection 18 est en contact avec l’environnement extérieur. Le revêtement de protection 18 est réalisé dans un matériau à base de chrome. Dans le contexte présent, un matériau à base de chrome désigne un matériau en chrome pure ou un alliage à base de chrome. Un matériau en chrome pur est un matériau comprenant au moins 99% en poids de chrome. Un alliage à base de chrome est un alliage comprenant au moins 85% en poids de chrome. Dans un exemple de réalisation, le matériau à base de chrome est un alliage à base de chrome choisi parmi : un alliage binaire chrome-aluminium (CrAl), un alliage binaire chrome-azote (CrN) et un alliage binaire chrome-titane (CrTi). Le revêtement de protection 18 comprend une seule couche réalisée en matériau à base de chrome ou plusieurs couches superposées réalisée en matériau à base de chrome, de préférence avec le même matériau à base de chrome. La structure du revêtement de protection 18 en plusieurs couches superposées résulte par exemple du procédé de dépôt utilisé pour déposer le revêtement de protection 18 sur le substrat 16. Comme illustré sur la Figure 3, le revêtement de protection 18 présente une microstructure colonnaire. En d’autres termes, la microstructure du revêtement de protection 18 possède des grains colonnaires 20, i.e. des grains qui présentent une forme générale de cylindre allongé suivant une direction d’extension DE perpendiculaire à la surface sur laquelle le revêtement de protection 18 est déposé, ici la surface externe 16B du substrat 16. Chaque grain colonnaire 20 présente une hauteur, prise suivant la direction d’extension DE du grain colonnaire 20. Chaque grain colonnaire 20 présentent un diamètre. Le diamètre d’un grain colonnaires 20 est par exemple mesuré sur une micrographie en mesurant la largeur du grain colonnaire 20, i.e. sa dimension perpendiculairement à sa direction d’extension. Bien entendu, chaque grain colonnaire 20 n’est pas parfaitement cylindrique et présente un diamètre pouvant varier le long du grain colonnaire 20. En outre, les grains colonnaires 20 ne présentent pas tous le même diamètre.il est possible de déterminer un diamètre moyen des grains colonnaires 20 du revêtement de protection 18 à l’interface entre le substrat 16 et le revêtement de protection 18 (i.e. à proximité de la surface interne 18A du revêtement de protection 18), comme la somme des diamètres de grains colonnaires 20 visibles sur une micrographie du revêtement de protection 18 à l’interface entre le substrat 16 et le revêtement de protection 18, divisée par le nombre de grains colonnaires 20 considérés. Il est aussi possible de déterminer un diamètre moyen des grains colonnaires 20 du revêtement de protection 18 à proximité de la surface externe 18B, comme la somme des diamètres de grains colonnaires 20 visibles sur une micrographie du revêtement de protection 18 à proximité de la surface externe 18B, divisée par le nombre de grains colonnaires 20 considérés. De préférence, à l’interface entre le substrat 16 et le revêtement de protection 18, les grains colonnaires 20 présentent un diamètre moyen égal ou inférieur à 1 µm, en particulier un diamètre moyen égal ou inférieur à 0,5 µm. Les grains colonnaires 2 très fins à l’interface entre le substrat 16 et le revêtement de protection 18 permettent une bonne cohésion du revêtement de protection 18 sur le substrat 16. En s’éloignant de l’interface entre le substrat 16 et le revêtement de protection 18, le diamètre des grains colonnaires 20 a tendance à augmenter. De préférence, à proximité de la surface externe 18B du revêtement de protection 18, les grains colonnaires 20 présentent un diamètre moyen compris entre 0,05 µm et 5 µm, de préférence entre 0,1 µm et 2 µm. Les grains colonnaires 20 relativement fins à la surface externe 18B du revêtement de protection 18 limitent la fragilité et le risque d’écaillage du revêtement de protection 18. Lors d’un dépôt du revêtement 18, en particulier un dépôt physique en phase vapeur, il peut apparaître des microgouttelettes 22 sur la surface externe 18B du revêtement de protection 18. De préférence, la densité de microgouttelettes 22 sur la surface externe 18B du revêtement 18 est égale ou inférieure à 100 par mm 2 , en particulier égale ou inférieure à 10 par mm 2 . La densité de microgouttelettes 22 à la surface externe 18B du revêtement de protection 18 est par exemple déterminée par observation au microscope optique ou électronique d’une région de référence donnée de la surface externe 18B, de préférence sur qui représente un échantillon représentatif de l’homogénéité de la surface externe 18B . La densité de microgouttelettes 22 à la surface externe 18B du revêtement de protection 18 est par exemple déterminée comme le nombre de microgouttelettes 22 présentes dans la région de référence de la surface externe 18B du revêtement de protection 18, divisée par l’aire de la région de référence. La région de référence représente par exemple une fraction de la surface externe 18B du revêtement de protection 18. L’aire de la région de référence est suffisamment grande pour que la mesure effectuée soit représentative. De préférence, l’aire de la région de référence est égale ou supérieure 10 mm 2 . De préférence, les microgouttelettes 22 présentes sur la surface externe 18B possède un diamètre égal ou inférieur à 20 µm. En d’autres termes, la surface externe 18B est dépourvue de microgouttelette ayant un diamètre supérieur à 20 µm. Chaque microgouttelette 22 présente à la surface externe 18B du revêtement de protection 18 favorise en fonctionnement l’infiltration de fluide de refroidissement (typiquement de l’eau) le long des frontières entre la microgouttelette 22 avec les grains colonnaires 22, ce qui réduit la résistance à la corrosion de l’élément de gainage et la résistance à l’oxydation de l’élément de gainage, en particulier à haute température (typiquement 280 °C à 350 °C en fonctionnement normal et entre 800 °C et 1200 °C en conditions accidentelles, dans un réacteur à eau sous pression). En outre, chaque microgouttelette 22 définit une discontinuité dans la microstructure du revêtement de protection 18, qui fragilise le revêtement de protection 18 en constituant un point de faiblesse et en étant susceptible d’initier des fissures dans le revêtement de protection 18. Au surplus, chaque microgouttelette 22 affecte localement la formation de la microstructure du revêtement de protection 18, généralement en provoquant la croissance de grains de plus gros diamètre sous la microgouttelette 22. La limitation de la densité des microgouttelettes 22 présentes à la surface externe 18B du revêtement de protection 18 permet donc d’améliorer la résistance de l’élément de gainage. Par ailleurs, les grosses microgouttelettes peuvent être la source de création de fissure. L’absence de microgouttelette de diamètre supérieur à 20 μm limite ce risque. Le dépôt du revêtement de protection 18 est effectué de manière à éviter la formation de microgouttelette de diamètre supérieur à 20 μm. L’élément de gainage 6 décrit ci-dessus est un tube gainage pour la réalisation d’un crayon de combustible nucléaire 2 comprenant du combustible nucléaire disposé à l’intérieur de l’élément de gainage 6 fermé de manière étanche à chacune de ses extrémités par un bouchon. Dans un autre exemple de réalisation, l’élément de gainage 6 est en forme de plaque, par exemple pour former un élément de combustible nucléaire 2 en forme de plaque comprenant une couche de combustible nucléaire intercalée (i.e. prise en sandwich) entre deux éléments de gainage 6 en forme de plaque. Un tel élément de gainage 6 en forme de plaque est réalisé de manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus, notamment en ce qui concerne le matériau du substrat 16, le matériau du revêtement de protection 18, l’épaisseur du substrat 16, l’épaisseur du revêtement de protection 18, la microstructure du revêtement de protection 18 et la limitation des gouttelettes sur la surface externe 18B du revêtement de protection 18. Un procédé de fabrication de l’élément de gainage 6 va maintenant être décrit en référence à la Figure 4. Le procédé de fabrication comprend une étape d’obtention du substrat 16. Lorsque l’élément de gainage 6 est un tube de gainage d’un crayon de combustible nucléaire, le substrat 16 est un tube, qui présente par exemple un diamètre externe compris entre 8 mm et 15 mm, en particulier entre 9 mm et 13 mm, et/ou une longueur comprise entre 1 m et 5 m, en particulier entre 2 m et 5 m. Un tel tube est par exemple obtenu de manière connue par laminage à pas de pèlerin, à partir d’une ébauche tubulaire de diamètre plus grand et de longueur plus petite que le tube. Le procédé de fabrication comprend ensuite une étape de dépôt du revêtement sur la surface externe 16B du substrat 16, par exemple par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique. Au cour de l’étape de dépôt, le substrat 16 et une cible 24, qui est réalisée dans un matériau approprié pour former le revêtement de protection 18, sont placés dans une atmosphère raréfiée, formée par exemple d’un gaz neutre, tel l’argon, et une différence de potentiel électrique est générée entre la cible 24 et le substrat 16, la cible 24 définissant une cathode et le substrat 16 définissant une anode (la cible 24 est portée à un potentiel électrique supérieur à celui du substrat 16). Sous l’effet de la différence de potentiel entre le substrat 16 et la cible 24, un champ électrique apparaît entre le substrat 16 et la cible 24 dans l’atmosphère raréfiée, entraînant l’apparition d’un plasma contenant des particules chargées électriquement (électrons, ions…), qui sont précipitées sur la cible 24 sous l’effet du champ électrique et décrochent des atomes de la cible 24 (i.e. la cible 24 est pulvérisée, d’où le terme de pulvérisation cathodique), ces atomes détachés de la cible 24 allant ensuite se déposer sur le substrat 16. Dans le cas d’un revêtement de protection 18 en chrome pur, la cible 24 est par exemple réalisée en chrome pur. Dans le cas d’un revêtement de protection 18 réalisé dans un alliage de chrome, en particulier un alliage binaire de chrome comme indiqué précédemment, la cible 24 est par exemple réalisée dans un alliage de chrome possédant des proportions différentes, mais permettant le dépôt d’un revêtement de protection avec les proportions visées (par exemple une cible en alliage chrome-aluminium avec 15% en poids d’aluminium pour d’obtenir un revêtement de protection en alliage chrome-aluminium avec 10% en poids d’aluminium). Comme illustré sur la Figure 4, l’étape de dépôt est réalisée à l’aide d’une installation 26 de dépôt physique en phase vapeur, comprenant une chambre 28, la cible 24 disposée à l’intérieur de la chambre 28, et une pompe 30 dont l’entrée est reliée fluidiquement à la chambre 28 pour générer une atmosphère raréfiée dans la chambre 26, et un circuit électrique 32 pour générer une différence ce potentiel entre la cible 24 et le substrat 16 introduit à l’intérieur de la chambre 28. Au cours de l’étape de dépôt, le substrat 16 est introduit dans la chambre 28, une atmosphère raréfiée est créée dans la chambre 28 à l’aide de la pompe 30, et la différence de potentiel entre la cible 24 et le substrat 14 est générée par le circuit électrique 32, ce qui permet de réaliser le dépôt physique en phase vapeur. De préférence, le dépôt physique en phase vapeur est réalisée par pulvérisation cathodique magnétron. Dans ce cas, un champ magnétique est généré, de préférence au moins à proximité de la cible 24. La prévision d’un champ magnétique permet de mieux contrôler la trajectoire des particules chargées électriquement atteignant la cible 24, ce qui permet une vitesse de dépôt du revêtement de protection 18 mieux contrôlée, en particulier une vitesse dépôt du revêtement de protection 18 plus rapide. Le champ magnétique est généré par exemple par un ou plusieurs aimants permanents 34, comme illustré sur la Figure 4, et/ou un ou plusieurs électroaimants. En outre le dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation, en particulier par pulvérisation cathodique magnétron, permet d’effectuer un dépôt présentant une uniformité satisfaisante, tout en limitant l’apparition de microgouttelettes 22 sur la surface externe 18B du revêtement de protection 18. De préférence, lorsque le substrat 16 présente la forme d’un tube, en particulier un tube présentant une symétrie de révolution autour d’un axe central, comme c’est le cas pour un substrat 16 pour un tube de gainage d’un crayon de combustible nucléaire, pendant l’étape de dépôt, le substrat 16 est entrainé en rotation autour de son axe central. Ceci permet d’effectuer un dépôt uniforme sur toute la circonférence de la surface externe 16B du substrat 16 en forme de tube. Au cours de l’étape de dépôt, de préférence, le revêtement de protection 18 est déposé sur le substrat en forme de tube présentant un axe central en entraînant le substrat 16 rotation autour de cet axe central et de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection 18 sur le substrat 16 est comprise entre 1/π µm/h et 30/π µm/h. Il est possible de prévoir un élément de gainage 6 en forme de plaque, de sorte que la surface externe 16B du substrat 16 est sensiblement plane. Un tel élément de gainage 6 permet de former un élément de combustible nucléaire en forme générale de plaque, comprenant du combustible nucléaire interposé (ou pris en sandwich) entre deux éléments de gainage 6 en forme de plaque. Dans le cas d’un élément de gainage 6 en forme de plaque, l’étape de dépôt est effectuée sans rotation du substrat 16. De préférence, le dépôt du revêtement de protection 18 sur un substrat en forme de plaque est réalisé de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection 18 sur le substrat 16 est comprise entre 1 µm/h et 30 µm/h. La vitesse de dépôt du revêtement de protection 18 conditionne la microstructure du revêtement de protection 18 qui sera obtenue. Les vitesses de dépôt proposées ci-dessus permettent d’obtenir une microstructure souhaitée, i.e. une microstructure colonnaire avec des grains colonnaires présentant un faible diamètre à l’interface entre le substrat 18 et le revêtement de protection 18, et un diamètre pas trop élevé à la surface externe 18B du revêtement de protection, comme indiqué plus haut. La vitesse de dépôt du revêtement de protection 18 par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique, en particulier par pulvérisation cathodique magnétron, est fonction notamment de la densité de courant traversant la cible 24 et de la polarisation du substrat, i.e. de la différence le potentiel électrique du substrat 16 et le potentiel électrique de la cible 24 au cours du dépôt. En outre, le dépôt physique en phase vapeur peut être réalisé avec une densité de courant continue (i.e. en appliquant un courant électrique continu à la cible 24) ou une densité de courant pulsée (i.e. en appliquant un courant électrique pulsé comprenant des impulsions). La densité de courant de la cible est l’intensité du courant traversant la cible divisée par l’aire de la surface active de la cible, i.e. la surface de la cible qui est tournée vers le substrat 16 et qui reçoit les particules chargées du plasma projetée sur la cible 24. De préférence, le dépôt du revêtement de protection 18 est réalisé en alimentant la cible 24 avec un courant continu de manière à obtenir à la cible une densité de courant comprise entre 0,0005 A/cm 2 et 0,1 A/cm 2 ou avec un courant pulsé avec des pics de courant de manière à obtenir à la cible une densité de courant comprise entre 0,01 A/cm 2 et 5 A/cm 2 lors de pics de courant. Par ailleurs, de préférence, la tension de polarisation électrique du substrat 16 par rapport à la cible 24 durant le dépôt physique en phase vapeur est négative et comprise entre – 10 V et – 200 V. Le dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique magnétron peut être réalisé selon une des techniques suivantes ou une combinaison d’au moins deux parmi les techniques suivantes : pulvérisation cathodique magnétron en courant continu (en anglais « Direct Current » ou « DC »), pulvérisation cathodique magnétron en courant continu pulsé (en anglais « Pulsed Direct Current » ou « DC pulsed »), pulvérisation cathodique magnétron pulsée à haute puissance (en anglais « High Power Impulse Magnetron Sputtering» (HiPIMS ou HPMS), pulvérisation cathéodique magnétron bipolaire (en anglais « Magnetron Sputtering Bi-polar » (MSB)), pulvérisation cathodique dual magnétron (en anglais « Dual Magnetron Sputtering » (DMS)), pulvérisation cathodique magnétron déséquilibrée (en anglais “Unbalanced Magnetron Sputtering » (UBM)). Le dépôt du revêtement de protection par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique magnétron est préféré, mais l’invention n’est pas limitée à une telle technique de dépôt. En variante, le dépôt du revêtement de protection peut être réalisé selon une autre technique, par exemple par dépôt physique par projection à froid (en anglais « Cold Spray »). Grâce à l’invention, il est possible d’obtenir un élément de gainage de combustible nucléaire qui présente une bonne résistance à l’oxydation et à l’hydruration, en fonctionnement normal du réacteur nucléaire et en condition accidentelle, par exemple lors d’un accident de perte de fluide de refroidissement. Elément de gainage de combustible nucléaire, l’élément de gainage comprenant un substrat (16) réalisé dans un matériau à base de zirconium et un revêtement de protection (18) recouvrant extérieurement le substrat (16), le revêtement de protection (18) étant réalisé dans un matériau à base de chrome, dans lequel le revêtement de protection (18) présente une microstructure colonnaire composée de grains colonnaires (20) et présente sur sa surface externe (18B) une densité de microgouttelettes inférieure à 100 par mm 2 . Elément de gainage selon la revendication 1, dans lequel, à proximité de et/ou à l’interface entre l’élément de gainage et le revêtement de protection, les grains colonnaires présentent un diamètre moyen égal ou inférieur à 1 μm, de préférence égal ou inférieur à 0,5 μm. Elément de gainage selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel, à proximité de et/ou sur la surface externe (18B) du revêtement de protection, les grains colonnaires (20) présentent un diamètre moyen entre 0,05 μm et 5 μm, de préférence entre 0,1 μm et 2 μm. Elément de gainage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les microgouttelettes possèdent un diamètre égal ou inférieur à 20 μm. Elément de gainage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement de protection (18) présente une épaisseur comprise entre 5 μm et 25 μm. Elément de gainage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le revêtement de protection est réalisé en un matériau à base de chrome, par exemple en chrome pur ou un alliage à base de chrome, par exemple un alliage binaire de chrome, en particulier un alliage binaire chrome-aluminium, un alliage binaire chrome-azote ou un alliage binaire chrome-titane. Elément de gainage selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’élément de gainage étant un tube de gainage, en particulier un tube de gainage de crayon de combustible nucléaire. Elément de combustible nucléaire comprenant du combustible nucléaire disposé à l’intérieur d’une gaine formée par au moins un élément de gainage selon l’une quelconque de revendications précédentes. Crayon de combustible nucléaire comprenant du combustible nucléaire disposé à l’intérieur d’une gaine formée d’un élément de gainage tubulaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, fermé à ses extrémités par des bouchons. Procédé de fabrication d’un élément de gainage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant l’obtention du substrat (16) puis le dépôt du revêtement de protection (18) sur le substrat (16) par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique d’une cible (24) ou par dépôt physique par projection à froid. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel le dépôt est effectué par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation cathodique magnétron. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel le substrat (16) est en forme de plaque et l’étape dépôt est réalisé de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection (18) sur le substrat (16) est comprise entre 1 µm/h et 30 µm/h. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans lequel le substrat (16) est un tube présentant un axe central, et l’étape de dépôt est réalisée en entrainant le substrat (16) en rotation autour de son axe central et de telle manière que la vitesse de dépôt du revêtement de protection (18) sur le substrat (16) est comprise entre 1/π µm/h et 30/π µm/h. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel le dépôt est réalisé par dépôt physique en phase vapeur en alimentant la cible en courant continu de manière à obtenir une densité de courant comprise entre 0,0005 A/cm 2 et 0,1 A/cm 2 sur la cible (24) ou en courant pulsé avec des pics de courant de manière à obtenir une densité de courant comprise entre 0,01 A/cm 2 et 5 A/cm 2 sur la cible (24) lors des pics de courant. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 15, dans lequel le dépôt est réalisé par dépôt physique en phase vapeur avec une tension de polarisation électrique du substrat (16) par rapport à la cible (24) durant le dépôt physique en phase vapeur, qui est négative et comprise entre – 10 V et – 200 V.