Action transverse « Matériaux pour la fusion »
L’action transverse « Matériaux pour la fusion » regroupe des activités communes aux trois axes du laboratoire en rapport avec l’étude des matériaux utilisés dans les réacteurs de fusion thermonucléaire (de type tokamaks).
L’axe PPANAM porte les problématiques liées à formation de poussières dans l’enceinte à vide des tokamaks avec le développement de modèle multi-échelles décrivant les propriétés à la fois thermodynamiques et les cinétiques de nucléation de croissance de poussières de tungstène.
La synthèse de matériaux innovants en usage dans les conditions extrêmes des tokamaks sont étudiés dans deux axes du laboratoire : l’axe MINOS conçoit des céramiques transparents (spinelles MgAl2O4) dont l’objectif est de créer des fenêtres transparentes pour les diagnostics optiques tandis que l’axe MECAMETA synthétise des massifs de tungstène dans l’objectif est de rendre ce matériau ductile à basse température. Les deux axes collaborent fortement sur les équipements mécaniques et de synthèse du laboratoire.
L’axe MECAMETA s’intéresse également aux problématiques de sûreté et de dégradation des matériaux induites par le transport d’atomes d’hydrogène et d’hélium dans les métaux intérêt pour la fusion (tungstène, acier 316L, Eurofer). Y sont développés des modélisations multiphysiques couplant la diffusion et le piégeage cinétique des atomes dans la matière avec les champs thermomécaniques et l’évolution des défauts microstructuraux.
L’action transverse « Matériaux pour la fusion » constitue aussi un lieu d’échange autour de méthodes expérimentales et numérique d’intérêt pour plusieurs axes du laboratoire et s’appuie les services communs scientifiques. Ces activités ont en commun un financement par le projet européen Eurofusion et de la FRFCM. De nombreuses collaborations sont conduites avec le CEA/IRFM et l’organisation ITER, deux acteurs majeurs de la fusion thermonucléaire.
Animation : Armelle Michau, Frédéric Schoenstein, Jonathan Mougenot.
Modélisation des poussières métalliques
Armelle Michau, Khaled Hassouni, Amal Allouch, Swaminathan Prasanna
Cette activité de recherche a pour objectif à décrire la croissance de poussières métalliques ou carbonées dans un environnement plasma. Elle inclut le calcul des propriétés structurales et cinétiques d’amas d’atomes à l’échelle atomique (par DFT, ab-initio et DM). Les données de bases ainsi obtenues alimentent des codes de dynamique d’amas couplés à des codes plasmas fournissant la distribution de la taille et densité des poussières à l’échelle microscopique. De nombreux développements et calculs ont été réalisés pour l’étude du carbone et la méthodologie est désormais transposée au tungstène.
voir par exemple :
Tetard, G., Michau, A., Prasanna, S. & Hassouni, K. An effective approach for aerosol dynamics modeling in dusty plasma. J. Phys. D: Appl. Phys. 57, 185202 (2024)
Stratégie bootum-up pour les céramiques transparentes
Frédéric Schoenstein, Virgile Trannoy, Andrei Kanaev, Dominique Vrel
Cette activité de recherche se focalise sur la synthèse et la caractérisation de céramiques transparentes (de type spinelle MgAl2O4) utilisables comme fenêtre de diagnostics optiques. À partir de poudres synthétisées par synthèse auto-propagée à haute température (SHS), par le procédé polyol ou à partir de poudres commerciales, la production de matériaux massif réalisé par frittage plasma (SPS). Les propriétés optiques et la capacité de résistance face aux rayonnements ionisant des céramiques sont étudiées en fonction des différentes voies de production et sources des poudres.
Synthèse d’alliage de tungstène massif
Dominique Vrel
Cette activité est menée dans le but de répondre à certains défis concernant la production en masse de nanopoudres de tungstène (W) et d’alliages de tungstène (W-V-Cr et W-V), mais également l’étude de leurs propriétés mécaniques (ductilité, limite élastique) et de leur résistance à la recristallisation après frittage, en perspective à une utilisation comme matériau face au plasma dans le cadre du projet ITER. Concernant la production en masse, les synthèses de nanopoudres de W et d’alliages de W ont été faites par synthèse auto-propagée à haute température (SHS)
voir par exemple :
Dame Assane Kane. Alliages réfractaires à microstructure contrôlée. Matériaux. Université Sorbonne Paris Nord (Paris XIII), 2024.
Transport d’hydrogène et d’hélium
dans les composants face au plasma
Jonathan Mougenot, Yann Charles, Monique Gaspérini, David Tingaud, Fabienne Gregori, Nadjib Iskounen
Cette activité s’articule autour de la modélisation et caractérisation expérimentale du transport d’hydrogène et d’hélium dans les composants face au plasma des tokamaks, avec un intérêt porté sur le tungstène, l’acier 316L et l’Eurofer. Les études numériques s’appuient sur le développement de modèles éléments finis de la diffusion et du piégeage de ces atomes couplés avec la résolution des champs thermomécaniques tout en incluant l’évolution spatio-temporelle des défauts micrustructuraux.
