Pré-exposition au sodium liquide

Nous avons vu dans la partie bibliographique que le mouillage est essentiel à l'observation de la FML. Celui-ci devra donc être garanti. Contrairement à d'autres métaux liquides, le sodium est très réactif. Cette caractéristique empêche l'utilisation de flux chimiques pour réduire la couche d'oxyde native de l'acier. Nous avons cependant constaté en section 1.2.1 que ces couches d'oxydes sont instables en milieu sodium liquide dont la teneur en oxygène est limitée. Pour cela, une étape de pré-exposition des éprouvettes au sodium liquide sera effectuée. Celle-ci se fait dans l'installation CORRONa (CEA/DEN/DANS/DPC/SCCME/LECNA), qui est constituée d'une boîte à gant dédiée à l'étude de la corrosion en milieu sodium liquide statique [Courouau 2011].

Le sodiu est o te u da s u euset e ol d e pla au fo d d u pot the i ue. Ce

pot est a o h au pla he d u e oîte à ga ts sous at osph e d a go . Cette atmosphère inerte,

pu ifi e e o ti u à l aide d u ta is ol ulai e, pe et l a s au sodiu tout en limitant au

maximum sa contamination. Lors des manipulations, qui sont effectuées à basse température

(383 K), les teneurs en oxygène et en humidit de l at osph e de la oîte à ga ts so t i f ieu es à

10^-4 % atomiques.

Figure 62 : a Photog aphie de l i stallatio CO‘‘ONa, “ h a ep se ta t l i t g atio du pot the i ue da s la oîte

à gant

Lors de l e positio d ha tillo s au sodiu , le hauffage du pot the i ue est effe tu pa

u fou pla à l e t ieu de elui- i et pe etta t au sodiu d attei d e u e te p atu e de K.

La partie haute du pot, en contact avec le plancher de la boîte à gants, est quant à elle refroidie par

u e i ulatio d huile te ph i ue (thermocryostat). Le pot est fermé par un couvercle étanche et le fai le olu e d a go pi g se t ou e e uili e a e le sodiu pe da t l essai. E fi la p se e

d u o de seu à eflu pe et d ite l a u ulatio d a osols da s la pa tie haute du pot

thermique, une fois le pot fermé.

Il a été montré que les impuretés ont une influence sur la FML du T91 dans le sodium liquide [Skeldon 1994]. Il est donc indispensable de maintenir leur concentration à un niveau faible. Pour cela, des procédures de purification, établies en prenant pour base celles utilisées dans l'eutectique plomb-bismuth [Courouau 2007], ont été appliquées systématiquement. Le sodium solide reçu est gratté en surface afin d'évacuer les différents oxydes déjà présents avant de le faire fondre. Ensuite, une fois placé dans le creuset de molybdène, il est maintenu 48 h à 383 K afin que les impuretés en sursaturation aient le temps de cristalliser à sa surface. Cette température est choisie la plus basse

possi le afi d o te i u e solu ilit e i pu et s la plus faible possible. Celles-ci sont ensuite

recueillies lors d'un écrémage minutieux de la surface, puis évacuées. Le bain de sodium résultant contient une concentration d'oxygène évaluée à environ 10 µg/g. Cette valeur a été établie par des esu es po tuelles effe tu es au ou s d essais de o osio pa so de le t o hi i ue a e u e

électrode de référence In/In2O3/Mo). On note également que des ouvertures du pot à basse

température peuvent avoir lieu pour insérer ou extraire des échantillons. Etant donné la pureté de l at osph e de la oîte à ga t, o peut o sid e ue la o ta i atio du sodiu est gligea le. Ceci est confirmé par le fait que la réflecti it du sodiu e est pas odifi e, la solu ilit de

l o g e à la te p atu e d ou e tu e du pot ta t de à µg/g [Tho le 1989].

Teneur en espèces métalliques

Certaines pré-expositions de T91 ont été effectuées après des essais de corrosion de longue durée (4200 h - 5000 h). Ceci a pour conséquence une légère modification de la chimie du bain de sodium et notamment une augmentation de la teneur du sodium en espèces métalliques constituantes des aciers (fer, chrome, nickel principalement) dont les solubilités sont mentionnées en section 1.2.2. Par exemple, après un essai de corrosion de 5000 h à 823 K, la teneur du sodium en fer

a t esti e à , µg/g pou u e solu ilit d e i o , µg/g à ette te p atu e. Sont

concernées par ces expositions, certaines éprouvettes exposées 48 h à 723 K dans du sodium à basse teneur en oxygène (étude en température et en vitesse de sollicitation) et les éprouvettes testées en sodium à haute teneur en oxygène (toutes les éprouvettes).

D ap s u e o pa aiso du comportement mécanique de ces éprouvettes par rapport à

elui d p ou ettes a a t t e pos es da s du sodiu euf dans des conditions similaires, aucune

odifi atio sig ifi ati e a t att i u e à la variation de la teneur du sodium en impuretés

métalliques. En effet, ces éléments ne sont pas connus comme fragilisants et les différences observées entre les deux expositions de 48 h à 723 K avec une teneur différente en impuretés

talli ues est plutôt à app o he d u e différence de la teneur en oxygène entre les bains utilisés

ue d u e i flue e des i pu et s talli ues. E effet, u état de mouillage différent a été observé

et sera discuté en section 4.2. De plus, l effet o se pas de d g adatio des p op i t s a i ues

pour une faible teneur en impuretés métalliques dissoutes) est contraire au comportement attendu

conséquence, cette légère variation des conditions expérimentales ne sera pas mentionnée par la suite.

Teneur en oxygène

Différentes conditions de teneur en oxygène ont été utilisées au cours de notre étude. Skeldon ayant montré une influence des impuretés sur la FML du T91 en milieu sodium liquide sans toutefois identifier celle mise en jeu (O, H) [Skeldon1994], des procédures spécifiques ont été mises en place lors de la pré-exposition afin de faire varier la teneur du sodium en oxygène

i d pe da e t. L e se le des o ditio s d e positio appli u es au T est rappelé dans le

tableau 9.

Sodium à haute teneur en oxygène

La p e i e o ditio utilis e est o stitu e d u ai de sodiu a e u e te eu

importa te e o g e ≈ 200 µg/g . Afi d o te i ette condition, le bain de sodium résultant des

procédures initiales de purification ([O^2-] ≈ 10 µg/g) est enrichi en oxygène en y ajoutant des oxydes

binaires de sodium. Ces oxydes sont composés principalement de monoxyde de sodium (Na2O) et de

14,8 % massiques de peroxyde de sodium (Na2O2). La quantité ajoutée est équivalente à environ 200

µg/g d o g e. Pou ga a ti leur dissolution, le sodium est ensuite maintenu 48 h à 823 K puis

ramené à 383 K. En ouvrant le pot thermique, on constate que le Na2O est présent à la surface du

sodium car en sursaturation à cette température. En figure 63, l aspe t du sodiu est o pa sa s

ajout d o des après 1200 h à 823 K et a e ajout d o des après 2500 h à 823 K. Dans cette

condition à haute teneur en oxygène, les éprouvettes de T91 sont exposées 48 h à 723 K.

Figure 63 : Photog aphies de laspect du sodium liquide (encadré en blanc) : a) sans ajout de Na2O après 1200 h à 823 K, b) avec ajout de Na2O après 2500 h à 823 K

Sodium à basse teneur en oxygène

Des expositions avec une teneur en oxygène intermédiaire sont ensuite mises en place. Après

les procédures de purification initiales, le bain de sodiu est di e te e t utilis pou l tape de p

-exposition. Comme mentionné précédemment, cela correspond à une teneur en oxygène de l o d e

de 10 µg/g. Plusieurs températures et durées d e positio o t t utilis es su le T afi d o se e

l i flue e de es pa a t es su u e e tuelle se si ilit à la FML. Les caractéristiques de ces expositions sont présentées dans le tableau 9.

Sodium à très basse teneur en oxygène

Une exposition avec une très faible teneur en oxygène a également été mise en place. Pour

cela, les impuretés résiduelles des procédures initiales de purification so t li i es à l aide de

pièges de zirconium. Pour cela, une feuille de zirconium est insérée dans le pot contenant le sodium, qui est ensuite amené à 873 K pendant 70 h. Ces conditions sont estimées suffisantes pour piéger les impuretés en solution. Après réouverture du pot, les éprouvettes sont ensuite plongées dans le sodium et une exposition de 160 h à 823 K est lancée en gardant le zirconium immergé dans le sodium liquide.

Teneur en oxygène (µg/g)

Température

d e positio K ^{Du e d e position (h) Note}

200 723 48

10 723 24

10 723 48 Effectuée deux fois

10 723 72

10 823 48

10 823 117

<3 823 160

Tableau 9 : Ta leau ila des diff e tes o ditio s d e positio utilis es sur le T91

2.2.2. Transport

Le montage destiné aux essais mécaniques n'étant pas situé sur le site du CEA Saclay mais sur celui de l'Ecole Centrale Paris, les éprouvettes doivent être transportées tout en limitant la contamination du sodium au maximum. Pour cela, les éprouvettes sont enfermées sous une

at osph e d a go da s deu oîtes e lo ta hes e fe es l'u e da s l'aut e. E so ta t les

éprouvettes sous une atmosphère inerte, le caractère brillant du sodium est encore présent, ce qui traduit l'efficacité de cette procédure.

Pour limiter la quantité de sodium à transporter et faciliter le montage des éprouvettes,

l e de t de sodiu situ au i eau des o s est e le a i ue e t da s la oîte à ga ts du

montage CORRONa.

Afin de limiter la contamination du sodium sur les éprouvettes lors du transport et du o tage su le o tage de t a tio , u e fi e pelli ule de pa affi e a t d pos e su l e taille de

e tai es p ou ettes e e te ps ue l e de t de sodiu a t li i . La pa affi e est pas

réactive avec le sodiu et oule lo s du hauffage de l p ou ette, e qui conduit probablement à un

o ta t du sodiu a e l at osph e d a go lo s de l essai a i ue. Des essais mécaniques en

ilieu sodiu o t pe is de o t e ue la p se e de pa affi e a pas d i fluence significative

sur la sensibilité à la FML (résultats non-présentés ici). Cette protection ne peut toutefois pas être utilisée pour les essais à une température élevée (> 473 K) à cause de la vaporisation rapide de la

paraffine dans ces conditions. Celle-ci peut en effet créer des bouchons dans les circuits ou endommager les appareils de mesure.