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clefs N° 59 Été 2010 ISSN 0298-6248 CLEFS CEA - N° 59 - ÉTÉ 2010 clefs N° 59 Ét

clefs N° 59 Été 2010 ISSN 0298-6248 CLEFS CEA - N° 59 - ÉTÉ 2010 clefs N° 59 Été 2010 ISSN 0298-6248 Clefs CEA N° 59 – ÉTÉ 2010 Image principale de couverture La plupart des programmes du CEA exigent une maîtrise préalable de matériaux innovants. Conscient des enjeux, mais aussi de l’importance des challenges à relever pour ces matériaux situés au cœur de la performance des composants, le CEA a mis en place un programme transversal. P.-F. Grosjean/CEA - P. Avavian/CEA - P. Stroppa/CEA - Artechnique/CEA Images en médaillon haut: Le microscope électronique à Très Haute Tension (THT) du CEA/Saclay constitue une installation assez unique pour simuler/observer une partie des effets de l’irradiation neutronique sur les matériaux de gainage et autres composants de cœur sujets à l’irradiation neutronique en service, que ce soit pour les REL, les RNR ou les RNR-G. P. Stroppa/CEA bas: Cellules EHT tubulaires. Développement de cellules de 600 cm2 pour l’architecture innovante coaxiale. Dépôt des électrodes par enduction. P. Stroppa/CEA Pictogramme des pages intérieures Architecture composite typique d’un réservoir d’hydrogène réalisé par enroulement filamentaire. Cette technologie permet la dépose de couches successives de fibres de carbone imprégnées de résine avec des angles variables définis pour un comportement thermomécanique optimal de la structure. P. Stroppa/CEA Revue éditée par le CEA Direction de la communication Bâtiment Siège 91191 Gif-sur-Yvette Cedex - (France) Tél. : 01 64 50 10 00 Fax (rédaction) : 01 64 50 17 22 Directeur de la publication Xavier Clément Rédactrice en chef Marie-José Loverini marie-jose.loverini@cea.fr Rédactrice en chef adjointe Martine Trocellier martine.trocellier@cea.fr Comité scientifique Bernard Bonin, Christian Charissoux, Gilles Damamme, Céline Gaiffier, Étienne Klein, François Pupat, Gérard Sanchez Iconographie Florence Klotz Suivi de fabrication Lucia Le Clech Abonnement L’abonnement à la revue Clefs CEA (version papier) est gratuit. Les demandes d’abonnement doivent être adressées, de préférence par Internet, à l’aide du formulaire disponible à l’adresse : http://www.cea.fr ou par télécopie au 01 64 50 20 01 ISSN 0298-6248 Dépôt légal à parution Réalisation Efil – 3 impasse Pellerault – 37000 Tours Tél. : 02 47 47 03 20 – www.efil.fr Imprimerie Gilbert-Clarey (Chambray-lès-Tours) Réalisation des supports électroniques Calathea Paris - Tél. : 01 43 38 16 16 ISSN 1625-9718 Clefs CEA (en ligne) À l’exclusion des illustrations, la reproduction totale ou partielle des informations contenues dans ce numéro est libre de tous droits, sous réserve de l’accord de la rédaction et de la mention d’origine. © 2010 CEA RCS Paris B 775 685 019 Siège social : Bâtiment Le Ponant D, 25 rue Leblanc, 75015 Paris 803 Introduction, par Bernard Bonin 103 Des innovations pour les matériaux de l’assemblage combustible des réacteurs à eau légère, par Jean-Christophe Brachet, Marion Le Flem et Didier Gilbon 143 Les expériences numériques Modélisation multiéchelle des matériaux : de l’ab initio à la cinétique, par François Willaime, Thierry Deutsch et Pascal Pochet I. LES MATÉRIAUX POUR LE NUCLÉAIRE 173 L'élaboration de verres nucléaires en creuset froid, par Roger Boën 223 Le comportement à long terme des verres pour le confinement des déchets, par Stéphane Gin 243 Lire les structures La RMN du solide pour observer les verres à l'échelle atomique, par Thibault Charpentier 263 Des composites SiC/SiC pour les gaines de combustible des RNR-G, par Patrick David, Fabienne Audubert, Valérie Chaumat, Cédric Sauder et Lionel Gélébart 313 Les alliages ODS pour les structures sous irradiation, par Yann de Carlan 353 Simuler expérimentalement Étude du comportement sous irradiation des matériaux nucléaires : apport de la plateforme JANNUS, par Patrick Trocellier, Sandrine Miro et Yves Serruys 383 Des barrières environnementales pour milieux extrêmes, par Frédéric Sanchette, Cédric Ducros, Karine Wittmann-Ténèze, Luc Bianchi et Frédéric Schuster 423 De l'intérêt des solides mésoporeux pour le nucléaire, par Xavier Deschanels, Frédéric Goettmann, Guillaume Toquer, Philippe Makowski et Agnès Grandjean 473 Explorer les surfaces La microscopie à force atomique : une technique puissante et polyvalente pour étudier les matériaux, par Jacques Cousty 2X3 Avant-propos par Bernard Bigot, 4X3 Enjeux, avenues de progrès et priorités du programme transversal sur les matériaux avancés au CEA, par Frédéric Schuster Les matériaux au cœur du processus d’innovation 17 46 28 CLEFS CEA - N° 59 - ÉTÉ 2010 1 Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives intervient dans quatre grands domaines : les énergies décarbonées, la défense et la sécurité globale, les technologies pour l’information, et les technologies pour la santé. Pour être au plus haut niveau de la recherche, le CEA compte plusieurs atouts : une recherche fondamentale d’excellence, une culture croisée ingénieurs-chercheurs, propice aux synergies entre recherche fondamentale et innovation technologique ; des installations exceptionnelles (super-calculateur, réacteurs de recherches, grands instruments de la physique, lasers de puissance...) ; enfin, une forte implication dans le tissu industriel et économique. Le CEA est implanté sur 10 centres répartis dans toute la France. Il développe de nombreux partenariats avec les autres organismes de recherche, les collectivités locales et les universités. À ce titre, le CEA est partie prenante de la mise en place d’alliances nationales coordonnant la recherche française dans les domaines de l'énergie (ANCRE), des sciences de la vie et de la santé (AVIESAN), des sciences et technologies du numérique (ALLISTENE) et des sciences de l'environnement (AllEnvi). Par ailleurs, une importance particulière est portée à l’enseignement et à l’information du public, afin de favoriser le transfert des connaissances et le débat sciences/société. Reconnu comme un expert dans ses domaines de compétences, le CEA est pleinement inséré dans l’espace européen de la recherche et exerce une présence croissante au niveau international. Les termes figurant dans le glossaire (p. 141) apparaissent en bleu dans les textes à leur première occurrence. Les noms apparaissant en vert renvoient à la page 137. Précisions Le CEA, acteur majeur en matière de recherche, de développement et d'innovation III. DES MATÉRIAUX POUR LES TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DE LA SANTÉ 923 Introduction, par Amal Chabli 943 Le diamant, matériau ultime pour la fabrication de capteurs, par Philippe Bergonzo et ses collaborateurs 100 Les films minces nanostructurés par voie Sol-Gel, par Philippe Belleville 106 Nanotubes et matériaux bidimensionnels carbonés pour la microélectronique, par Jean-Christophe P. Gabriel 112 Analyser les surfaces XPEEM, une technique d'analyse de surface parfaitement adaptée aux matériaux innovants, par Nick Barrett et Olivier Renault 115 Substrats et matériaux : course à la miniaturisation, par Jean-Jacques Aubert, Thierry Billon, Laurent Clavelier , Olivier Demolliens, Jean-Michel Hartmann, Didier Louis et François Martin 100 74 80 II. LES MATÉRIAUX DÉDIÉS AUX NOUVELLES TECHNOLOGIES POUR L’ÉNERGIE 503 Introduction, par Hélène Burlet 523 La pile à combustible PEMFC : une solution très crédible, par Joël Pauchet, Arnaud Morin, Sylvie Escribano, Nicolas Guillet, Laurent Antoni et Gérard Gebel 603 L ’EHT, un procédé de production de l’hydrogène très prometteur, par Julie Mougin, Emmanuel Rigal, Julien Vulliet et Thierry Piquero 663 Li-ion : une technologie de pointe pour de nouveaux accumulateurs performants et innovants, par Sébastien Martinet et Sébastien Patoux 723 Des systèmes de stockage robustes et sûrs pour l’hydrogène, par Fabien Nony 763 L’énergie photovoltaïque monte en puissance, par Philippe Thony, Renaud Demadrille et Emmanuel Hadji 843 Nanomatériaux et maîtrise des risques Une approche « intégrée », par Rémy Maximilien, Frédéric Schuster, Yves Sicard et François Tardif 122 Des matériaux intégrés pour de nouvelles fonctions radiofréquence sur le silicium, par Bernard Viala et Emmanuel Defaÿ 127 Fonctionnalisation des surfaces : de l’électronique organique aux capteurs et biocapteurs, par Serge Palacin 132 De nouveaux biomatériaux à haute valeur ajoutée, par Carole Mathevon et Vincent Forge 137 Institutions et organismes : qui fait quoi ? 141 Glossaire Avant-propos a disponibilité de matériaux répondant à des spécifications toujours plus exigeantes en termes de performances techniques spéci- fiques, de fiabilité, d’économie d’élaboration, de durabilité, d’impact environnemental et de capa- cité de recyclage, figure au cœur du processus d’inno- vation dans lequel le CEA est engagé. Cette capacité d’innovation repose sur la conception originale de composants avancés pour les nouvelles technologies de la Défense et de la sécurité globale, de l’énergie, de l’information et de la santé avec bien souvent un rôle clé joué par ces matériaux. Conscient de ces enjeux, le CEA a toujours eu la volonté de développer la science des matériaux pour faire face aux nombreux défis de ses programmes. Même si, au cours du temps, les modalités de son organisation dans ce domaine revê- taient des formes diverses, les matériaux ont repré- senté une préoccupation forte et constante ainsi qu’en témoigne cette revue. Depuis 2006, c’est au Programme « Matériaux avan - cés» qu’incombe la mission d’animation et de structu- ration de la transversalité dans le domaine, trans versalité si nécessaire à l’émergence d’idées nouvelles et de nouveaux concepts, requérant souvent la contribution de plusieurs disciplines. Ce pro gramme a notamment pour mission d’amplifier le couplage entre la recherche amont et les développements technologiques mais aussi de susciter ou de renforcer les indispensables alliances avec les meilleurs partenaires. Dans le domaine de l’énergie, le CEA contribue très activement à deux types de R&D sur les matériaux qui ont uploads/Ingenierie_Lourd/ clefs59-materiaux-fr.pdf