Source: http://www.minesparis.psl.eu/Formation/Doctorat/Propositions-de-sujets-de-these/Detail/&?id=31587
Timestamp: 2020-08-13 02:42:10+00:00

Document:
[POURVU] Modèle local de corrosion sous contrainte intergranulaire des alliages de nickel exposés aux zones confinées du circuit secondaire des réacteurs à eau sous pression
Corrosion sous contrainte, alliage base nickel
Stress corrosion cracking, nickel-base alloys
La corrosion sous contrainte (CSC) des tubes de générateur de vapeur (GV) du côté secondaire est une des causes principales du vieillissement du Parc des Réacteurs à Eau sous Pression (REP). La CSC est un mode d'endommagement qui conduit à la fissuration d'un matériau sous l'effet conjoint d'un environnement corrosif et d'un état de contrainte en traction. En 2012, le premier cas de fissuration du côté secondaire d'un tube de GV en alliage 600TT a été mis en évidence sur le GV n°1 de la tranche Cattenom 1 après environ 177 000 h d'exploitation. Les observations des tubes extraits ont permis de montrer que la corrosion secondaire se produit dans des zones confinées où les impuretés de l'eau du circuit secondaire peuvent se concentrer et former localement des milieux chimiques potentiellement agressifs.
Les analyses de dépôts associés aux dégradations observées suggèrent que les milieux susceptibles d'être responsables de ces dégradations sont variés : magnétite (Fe3O4) et composés contenant Si, Al, Ca, Zn, PO4, SO4, Ca et Cu. D'autre part, du plomb et du soufre sont également trouvés dans les dépôts près des zones affectées par la CSC. Ainsi, historiquement, des milieux-types ont été définis :
•	Milieux caustiques : les espèces comme le sodium diminuent le seuil de contrainte pour l'amorçage de fissures et augmentent la vitesse de propagation de la CSC pour des pHT basiques.
•	Milieux acides : la CSC est d'autant plus facile que le pH est acide.
•	Milieux complexes : ce domaine représente la combinaison d'un environnement aqueux secondaire additionné de substances solides comme les dépôts et boues qui peuvent s'accumuler dans les GV. Ce milieux est le moins étudié jusque maintenant car il existe une multitude de paramètres qui peuvent influer sur la CSC secondaire des tubes GV. Ce milieu représente par ailleurs le périmètre principal de cette thèse.
Par le passé, des modèles empiriques d'amorçage et de propagation ont été développés. Or ces modèles ne reposent sur aucun mécanisme physique, leur caractère prédictif est assez limité (extrapolation difficile au composant en service) et leur représentativité discutable. En effet, d'après les expertises récentes de tubes GV extraits de centrale, les milieux sur lesquels reposent ces modèles ne semblent pas représentatifs des conditions physico-chimiques que rencontrent les zones fissurées des tubes de GV coté secondaire des REP.
Un modèle dit ‘local' a été proposé ces dernières années pour prévoir la cinétique de CSC de l'alliage 600 (alliage base nickel) exposé au milieu primaire, sur la base d'un scénario de fissuration comprenant :
•	Une phase d'incubation : temps nécessaire pour suffisamment oxyder les joints de grains pour qu'ils soient fragilisés (résistance à la rupture abaissée sur une profondeur suffisante). L'incubation est donc modélisée comme la cinétique d'affaiblissement des joints de grains. Dans le cas de l'alliage 600, cette cinétique dépend principalement de la température, du taux de couverture des joints de grains par les carbures de chrome et du potentiel de corrosion.
•	Un amorçage : atteinte du critère de rupture (contrainte critique) d'un joint de grains suffisamment oxydé.
•	Un régime de propagation lente puis rapide, décrit par une fonction sigmoïde du facteur d'intensité de contrainte K.
Stress corrosion cracking (SCC) of steam generator (SG) tubes on the secondary side is one of the major causes of ageing of pressurized water reactors (PWR). Stress corrosion cracking leads to the initiation and then the propagation of intergranular cracks under the synergetic effects of a corrosive environment and a tensile stress state. In 2012, the first case of cracking in the secondary side of a SG tube made of Alloy 600 (nickel-base alloy) was reported in France after 177000h of service. Observations of tubes show that secondary corrosion occurs in confined areas where impurities of the secondary water can concentrate and lead to local aggressive chemical environments.
Analyses of the deposits associated to the observed degradations suggest that the environments that may lead to such degradations are varied: magnetite (Fe3O4) and compounds containing Si, Al, Ca, Zn, PO4, SO4, Ca and Cu. In addition, lead and sulfur are found in the deposits close to areas affected by SCC. Thus, several Â“modelÂ” environments were defined:
In the past, SCC initiation and propagation empirical models were developed. However, these models donÂ't rely on any physical mechanisms. The prediction they offer is quite limited (extrapolation to in-service components is difficult) and their representativeness is questionable. A Â‘localÂ' model was recently developed to predict SCC rate of Alloy 600 exposed to primary water. This model is chaining the three main steps of the cracking scenario:
•	Définir un milieu secondaire représentatif médian qui servira à déterminer une cinétique de CSC référence en milieu « non ou peu pollué ».
•	Adapter le modèle local au milieu secondaire, en particulier le paramétrage de la cinétique d'oxydation intergranulaire, afin de bien considérer les effets du pH et des polluants (S, Pb, Cu) en complément des paramètres matériaux (teneur moyenne en chrome, précipitation) et électrochimiques (température, potentiel) déjà existants.
•	Réaliser des essais en autoclave afin d'identifier les paramètres du modèle :
o	Prise en compte du potentiel électrochimique et du pH en fonction du couple matériau/environnement considéré
o	Établissement d'une cinétique de fragilisation des joints de grains de l'alliage
o	Identification d'un critère de rupture des joints de grain oxydés
o	Identification de la cinétique de propagation des fissures et validation du chainage incubation-amorçage-propagation.
•	Valider le modèle en simulant les essais de CSC à l'aide du code de calcul de prévision de la CSC.
Directeur de thèse : Cécilie DUHAMEL - Centre des Matériaux
Co-Encadrants : Thierry COUVANT / Romain VERLET - EDF
Sciences des Matériaux, Chimie
Expérimentateur avec un goût pour la simulation numérique
L'objectif de la thèse est de livrer un modèle local adapté aux milieux secondaires actuels et fondé sur la phénoménologie voire les mécanismes de la dégradation de l'alliage 600 dans ces milieux.
1. J. Caballero, « Modélisation de l'amorçage de la la Corrosion sous Contrainte de l'alliage 600 en milieu primaire », Thèse PSL préparée à MINES ParisTech, 2016

References: CSC 
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