L’énergie de demain : un défi pour les sciences des matériaux

1. L’énergie de demain : un défi pour les sciences des matériaux • P. Pareige: Professeur, Groupe de Physique des Matériaux UMR CNRS 6634 • Classe de Première S2 du lycée Gustave FLAUBERT • C.Lemonnier

2. Les présentations.Le chercheur:Philippe Pareige Responsable du GPM: Le Groupe de Physique des Matériaux Université et INSA de Rouen – UMR CNRS 6634

3. Les élèves de 1ère S2

4. L’enseignant:Christophe Lemonnier • Enseigne les sciences physiques depuis 2000: • En collège de 2000 à 2005 • Au lycée Gustave Flaubert depuis 2005.

5. Les thèmes abordés. • Les énergies. • L’énergie photovoltaïque • L’énergie éolienne • L’énergie hydroélectrique • L’énergie nucléaire

6. L’énergie nucléaire. • La génération II de réacteur ( REP): Réacteur à eau pressurisée: • Ce sont ces dernières qui constituent le gros des 58 centrales françaises, dont l’ancienneté est en moyenne de vingt ans. Leur durée de vie est fréquemment prolongée, mais elles devraient progressivement être remplacées par des installations de troisième génération à partir des années 2015-2030 . • La génération III de réacteur (ERP ou EPR): Européan Pressurized réactor: • Les centrales sontmieux sécurisées, plus puissantes et plus productivesque celle de la génération II. • La génération IV: • C’est la génération future des centrales, prévue pour se déployer vers 2040. les réacteurs à neutrons rapides, capables de brûler la totalité de l’uranium et non plus seulement l’uranium fissile • Le projet ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor à Cadarache en France qui nécessite la maitrise de la fusion nucléaire.

7. Visite du GPM. Thématiques principales : • Etude des matériaux métalliques et semiconducteurs. Compréhension de l’évolution des microstructures et nanostructures selon leur environnement. • Relation entre structure des matériaux et leurs propriétés (magnétique, mécanique, électrique, …) • Développement d’une technique unique en France : La Sonde Atomique Tomographique et l’image de Microscopie Ionique.

8. Sonde Atomique Tomographique:Cette machine analyse les métaux et semi-conducteurs atome par atome. Elle identifie la nature chimique et la position des atomes dans le matériau. Elle permet de reconstruire en 3D un petit volume de matière (10x10x500 nm3 ) analysé à l’échelle atomique.

9. Une utilisation de la Sonde Atomique Tomographique:explorer la matière au niveau atomique Un point brillant représente un atome de cuivre

10. Les atomes de cuivre se sont regroupés sous l’effet de latempérature. Le cuivre est insoluble dans le fer, il préfère se regrouper et former des amas de cuivre (comme l’huile et le vinaigre !) Cette machine est aujourd’hui indispensable pour étudier les matériaux et leurs vieillissements pour les réacteurs nucléaires.

11. Un microscope anciennement utilisé: Microscope Electronique à Transmission

12. La visite du CEA:l’accélérateur de particule Jannus. Jumelage d’accélérateurs pour les Nanosciences, le Nucléaire et la Simulation La plateforme JANNUS est basée sur des irradiations expérimentales couplées à des caractérisations structurales, chimiques et physiques in situ ou ex situ. Elle concerne principalement deux grands domaines : le nucléaire et les nanosciences, plus précisément l’étude du comportement sous irradiation des matériaux du nucléaire d’aujourd’hui et de demain et la modification contrôlée des matériaux d’intérêt technologique par implantation/irradiation.

13. Exemple d’utilisation:ll s’agit de recréer unenvironnement sous irradiation pour comprendre le comportement des matériaux dans des conditions réelles de fonctionnement (celui d’un réacteur nucléaire par exemple). Accélérateur Pelletron de 3 MeV Épiméthée

14. La visite du CEA:Présentation des réacteurs de génération IV .

15. La préparation du futur conduit à s'interroger sur la nature et le type de réacteurs qui pourront remplacer ceux de la génération actuelle. Dans ce cadre, deux échéances peuvent être distinguées : • le renouvellement des centrales les plus anciennes qui seraient atteintes par la limite d'âge sur la période 2015 – 2035. • celui des centrales plus récentes, en signalant l'incertitude calendaire attachée à la durée de vie. Si les modèles de génération IV, pour l'instant à l'état de concept et objets de recherche, sont prometteuses en matière de sûreté et de production, leur développement débute à peine et repose sur des ruptures technologiques majeures. Ils ne seront donc pas disponibles pour un emploi industriel avant 2040.

16. Schéma du réacteur à neutron rapide refroidi au sodium (prototype sur lequel le CEA à la charge de travailler). Le principe existe, reste à trouver les matériaux pour le construire. Le GPM travaille avec le CEA pour trouver ou améliorer les nouveaux matériaux pour fabriquer ces réacteurs.

17. Conclusion.Les points faibles: • Le vocabulaire employé par les conférenciers du CEA ou les chercheurs rencontrés était parfois difficile à comprendre. Pour améliorer , on aurait aimé plus d’interaction avec eux. • On aurait aimé faire la visite du CEA plus tôt dans l’année pour se servir des informations dans nos TPE.

18. Les points forts: • Les thèmes abordés ont étés utiles pour la constitution des dossiers de TPE (Travaux Personnels Encadrés). • Le contact avec des gens de terrain favorise génère de l’ ambition pour des études de physique.. • La visite du laboratoire et du CEA nous a apporté une culture scientifique supplémentaire nécessaire. • Le monde de la recherche nous apparaît plus concret.

19. Remerciements: • Au rectorat et à la DAAC pour avoir permis cet échange. • A Monsieur Philippe Pareige pour nous avoir accompagné durant cet échange et organisé la visite du CEA • Au Lycée Gustave Flaubert pour avoir accueilli Monsieur Pareige et financé la sortie du CEA. • A notre Professeur Monsieur Lemonnier pour nous avoir choisi et permis cet échange .