Mise au point d`un système d`analyse par - Dumas

Mise au point d’un syst`eme d’analyse par spectroscopie
raman en cellule blind´ee application au graphisme
nucl´eaire
Lionel S´ejourn´e
To cite this version:
Lionel S´ejourn´e. Mise au point d’un syst`eme d’analyse par spectroscopie raman en cellule
blind´ee application au graphisme nucl´eaire. Mat´eriaux. 2012. <dumas-01102142>
HAL Id: dumas-01102142
https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01102142
Submitted on 12 Jan 2015
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non,
´emanant des ´etablissements d’enseignement et de
recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires
publics ou priv´es.

1
CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS
PARIS
_____________
MEMOIRE
Présenté en vue d'obtenir le
DIPLOME d’INGENIEUR CNAM
Spécialité : Matériaux Métalliques et Céramiques
Par
Lionel SEJOURNE
_____________
MISE AU POINT D'UN SYSTEME D'ANALYSE PAR
SPECTROSCOPIE RAMAN EN CELLULE BLINDEE
APPLICATION AU GRAPHITE NUCLEAIRE
Soutenu le 29 juin 2012
_____________
JURY
PRESIDENT :
Jean-Pierre CHEVALIER, professeur CNAM CNAM, Paris
MEMBRES :
Jean-Marc COSTANTINI, expert scientifique CEA, Saclay
Lionel GOSMAIN, ingénieur, responsable hiérarchique CEA, Saclay
Zehoua HADJEM-HAMOUCHE, maître de conférences CNAM, Paris
Olivier ZANELATTO, maître de conférences CNAM, Paris

2

3

4
SOMMAIRE
Remerciements…………………………………………………………………………… 6
Liste des abréviations…………………………………………………………………….. 8
Introduction………………………………………………………………………………. 9
I PRESENTATION DE L'ETUDE .......................................................................................................... 12
I.1 RAPPEL HISTORIQUE .......................................................................................................................... 12
I.2 LES PRINCIPALES FILIERES ET GENERATIONS DE REACTEURS NUCLEAIRES EN FRANCE ..................... 13
I.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES REACTEURS GRAPHITE GAZ (UNGG) ....................................... 16
I.3.1 Les éléments principaux ............................................................................................................... 16
I.3.2 Les circuits primaires et secondaires ........................................................................................... 17
I.4 CONTEXTE DE L’ETUDE ..................................................................................................................... 19
I.4.1 Introduction .................................................................................................................................. 19
I.4.2 Intérêt de l’étude .......................................................................................................................... 20
I.4.3 Démarche générale de l'étude ...................................................................................................... 21
II DESCRIPTION DU GRAPHITE NUCLEAIRE ................................................................................. 22
II.1 L'ELEMENT CARBONE : DEFINITION ET CLASSIFICATION .................................................................... 22
II.2 LES DIFFERENTES VARIETES ALLOTROPIQUES DU CARBONE .............................................................. 23
II.2.1 Le graphite ............................................................................................................................... 23
II.2.2 Le diamant ............................................................................................................................... 24
II.2.3 Les Fullerènes .......................................................................................................................... 26
II.3 LE GRAPHITE NUCLEAIRE POLYCRISTALLIN ....................................................................................... 26
II.3.1 Généralités ............................................................................................................................... 26
II.3.2 Matières premières et synthèse du graphite nucléaire............................................................. 27
II.3.3 Structure du graphite polycristallin:........................................................................................ 31
II.3.4 Les propriétés du graphite nucléaire ....................................................................................... 33
II.4 EFFETS DE L'IRRADIATION NEUTRONIQUE SUR LA STRUCTURE DU GRAPHITE .................................... 34
III LA SPECTROSCOPIE RAMAN .......................................................................................................... 40
III.1 INTRODUCTION .................................................................................................................................. 40
III.2 RAPPEL HISTORIQUE .......................................................................................................................... 40
III.3 ONDE ET MATIERE ............................................................................................................................ 41
III.3.1 La lumière, une onde électromagnétique ................................................................................. 41
III.3.2 L'interaction lumière-matière .................................................................................................. 43
III.4 PRINCIPE DE L’EFFET RAMAN ......................................................................................................... 44
III.4.1 L'approche classique de la diffusion RAMAN ......................................................................... 45
III.4.2 L'approche quantique de la diffusion RAMAN ........................................................................ 47
III.4.3 La diffusion RAMAN dans les solides cristallins ..................................................................... 49
III.5 ANALYSE D'UN SPECTRE RAMAN .................................................................................................... 53
III.5.1 Conventions et notations .......................................................................................................... 53
III.5.2 Traitement mathématique des données .................................................................................... 54
III.5.3 Informations physico-chimiques accessibles ........................................................................... 55
III.6 BILAN ................................................................................................................................................ 58
III.6.1 Les avantages de la spectroscopie RAMAN ............................................................................. 58
III.6.2 Les inconvénients de la spectroscopie Raman ......................................................................... 59
III.6.3 Comparaison de la technique d'analyse par spectroscopie RAMAN avec d'autres techniques
d'analyses 60
IV DISPOSITIFS ET PROTOCOLES EXPERIMENTAUX .................................................................. 61
IV.1 GENERALITES .................................................................................................................................... 61
IV.2 LE SPECTROMETRE RAMAN DU LECI ............................................................................................. 62
IV.2.1 Caractéristiques techniques du spectromètre pour l'analyse d'échantillons non irradiés ....... 62
IV.2.2 Caractéristiques techniques du microscope en cellule M16 pour l'analyse d'échantillons
irradiés 64
IV.3 RESOLUTION DES PROBLEMES TECHNIQUES DU MICROSCOPE EN CELLULE M16 ................................ 66
IV.3.1 Mise en sécurité et intervention sur le microscope .................................................................. 66