Chimie et Matériaux du Nucléaire

Organisation de la formation

"52161&languageId=4&assetKey=Dossier+de+candidature+CMN++2017-2018+-+PDFLa formation bénéficie des compétences des laboratoires de recherche de l’Université de Lille et du CNRS auxquels elle est adossée, ainsi que de leurs partenaires industriels. Elle est reconnue par le CFEN (Conseil des formations en énergie nucléaire) et référencée à l’I2EN (Institut International de l‘Energie Nucléaire )

La formation est proposée sur deux semestres (S3 et S4) représentant chacun 30 ECTS, et s’articule autour de 6 Unités d’Enseignement (UE) sous la forme de cours, travaux dirigés, travaux pratiques, et conférences d’experts et spécialistes du domaine.

Le semestre 3 est structuré autour de cinq Unités d’Enseignement (UE) disciplinaires de 5 ECTS chacune, pouvant être scindées en deux modules distincts. Ces UE peuvent être mutualisées avec les autres parcours du Master Mention Chimie. Une sixième UE transversale de 5 ECTS vient compléter la formation et est dédiée à la connaissance du monde de l’Entreprise et à l’Anglais.

Le semestre 4 est principalement dédié au stage de fin d’études comptant pour 25 ECTS. Le stage pourra être effectué au sein de laboratoires de recherche académiques, ou dans le milieu industriel. Une étude bibliographique est réalisée en fin de semestre 3 pour préparer le projet de stage. Cette étude, tout comme la période de stage, donneront lieu à un rapport écrit ainsi qu’a une soutenance.

5 Unités d’Enseignement disciplinaires de 40h/5ECTS :

- CMN1 : Déchets, Démantèlement, Décontamination (3D)   

- CMN2 : Cycle du Combustible Nucléaire (C2N)                  

- CMN3 : Fiabilité des Matériaux Métalliques du Nucléaires (FM2N)

- CMN4 : Technologie des Réacteurs (REATECH)

- CMN5 : Sûreté des Installations Nucléaires (SIN)

 

1 Unité d’Enseignement Transversale de 50h/5ECTS :

- UET : Anglais, Gestion de Projet, Culture d’Entreprise

- 1 UE Stage de 5 mois / 30 ECTS

- Etude bibliographique préparatoire au projet de stage donnant lieu à un rapport écrit et une soutenance (5 ECTS)

- Stage donnant lieu à un rapport écrit et une soutenance (25 ECTS)

 

Organisation des semestres
Sem. Intitulé/Présentation des unités d'enseignements Crédits
S3
CMN1 module 1 - Déchets, Démantèlement, Décontamination - Module 1 Démantèlement
Volume horaire : 20h CM
Responsable : Natacha Henry
  • Objectifs pédagogiques :

Quel que soit le modèle énergétique qui sera adopté pour les prochaines décennies, les centrales nucléaires actuellement en fonctionnement devront au terme de leur durée d’exploitation être démantelées. Le démantèlement du nucléaire est une industrie en émergence : il n’y a pas aujourd’hui, ni en France, ni dans le nord de l’Europe, de filière d’industrielle spécialisée sur ce sujet. Le marché présente cependant des perspectives réelles : le démantèlement de certaines centrales en France dont Fessenheim à partir de 2016, la fin du nucléaire en Allemagne à l’horizon 2020, la sortie du nucléaire au Japon d’ici 2040. L’initiative Nucléi, mise en oeuvre par la CCI avec le soutien de la Région Nord Pas de Calais, vise à faciliter l’accès des 250 entreprises régionales intéressées au marché du nucléaire civil.

  • Connaissances et compétences :

- Acquérir les connaissances théoriques sur les différentes activités du démantèlement.

- Connaitre les différentes voies choisies par la France sur les sites en cours de démantèlement.


Programme

L’OCDE, dans ses travaux méthodiques et remarquables sur le démantèlement [réf. 1], propose que ce terme recouvre neuf activités qui sont, pour les réacteurs :

_ L’entreposage du combustible usé,

_ Le conditionnement des déchets d’exploitation,

_ Le démontage du bâtiment réacteur,

_ La démolition des bâtiments conventionnels,

_ L’élimination du sol contaminé,

_ L’évacuation des déchets de déconstruction,

_ L’évacuation des déchets non radioactifs,

_ Le bilan radiologique du site,

_ Le déclassement de ce site.

Cette décomposition détaillée est très large. En France, le combustible usé est exclu du démantèlement et l’on peut regrouper les rubriques de l’OCDE en quatre grandes opérations :

- L’assainissement (point 2),

- La déconstruction (points 3 et 4),

- La gestion des déchets (points 6 et 7),

- La réhabilitation du site (points 5, 8 et 9).

Le plan de l’UE reprendra en détail ces quatre rubriques.

[1] Document OCDE 2003 ISBN 92-64-10432-1.

2.5
CMN1 module 2 - Déchets, Démantèlement, Décontamination - Module 2 Matices de confinement des déchets nucléaires
Pré-requis : Avoir des connaissances en chimie inorganique.
Volume horaire : 12h C / 4h TD /4h TP
Responsable : Lionel Montagne
  • Objectifs pédagogiques :

Le cycle du combustible nucléaire inclut la gestion des effluents ne pouvant pas être recyclés. Le module présentera les différentes alternatives aux solutions de stockage ultime des déchets nucléaires, incluant les déchets de haute mais aussi de faible et moyenne activité. Une part importante sera consacrée à la vitrification pour laquelle la France possède une expertise internationale.

  • Connaissances et compétences :

Connaissances : Problématique de la gestion des déchets nucléaires, aspects législatifs, matrices de confinement, mécanismes d’altération et de corrosion. Concepts et méthodes. Aspects normatifs.

Compétences :

- Connaissance du domaine des déchets en relation avec le cycle du combustible nucléaire,

- Capacité à comprendre les phénomènes d’altération et à en déduire des solutions adaptées

- Capacité de se former un jugement sur le devenir des matrices à long terme

- Capacité de rédaction d’un travail de synthèse

- Capacité de présentation de son travail.


Programme

- Les différentes alternatives de stockage ultime des déchets nucléaires, incluant les déchets de haute mais aussi de faible et moyenne activité. Vitrification, matrices à liants inorganiques, matrices alternatives dédiées aux déchets spéciaux (problème du césium, de l'iode, des sulfates…). Evolution de la problématique des déchets nucléaires dans le cadre des réacteurs de 3ème et 4ème génération.

- Mécanismes de vieillissement : altération par l’eau,  Influence de paramètres intrinsèques (structure, composition) et extrinsèques (T, pH, force ionique).

- Aspects cinétiques de l’altération. Structure des gels de  corrosion et des couches de diffusion. Modélisation, modèles géochimiques. Méthodologie d’étude du comportement à long terme.

-  Méthodologie d’étude. Examen des tests normalisés.  Méthodes de caractérisation des surfaces altérées, méthodes cinétiques.

2.5
CMN2 - Cycle du combustible nucléaire
Pré-requis : Avoir des connaissances de niveau licence chimie ou physique
Volume horaire : 40h C
Responsable : Murielle Rivenet
  • Objectifs pédagogiques :

Acquérir les connaissances et compétences nécessaires pour intégrer des activités liées au cycle du combustible nucléaire, tant industrielles que de recherche

  • Connaissances et compétences :

Connaissances :

Connaissances fondamentales avancées dans un domaine de la chimie et des procédés du cycle du combustible nucléaire

Compétences :

Etre capable d’aborder les problématiques liées au cycle du combustible du combustible : conversion et purification des oxydes en fluorure, enrichissement, traitement du combustible dit “usé“ et recyclage des éléments valorisables (U, Pu), gestion des déchets ultimes.


Programme

Connaissance de l’ensemble du cycle du combustible : notion fondamentales, chimie du cycle, procédés

Eléments de radioactivité. Fission spontanée et induite par neutron. Section efficace de fission. Neutrons thermiques et neutrons rapides. Histoire de l’énergie nucléaire. Notions de sureté nucléaire - Spéciation et réactivité des produits de fission - Chimie des actinides. Cycle ouvert et cycle fermé. Amont du cycle: les ressources en uranium – Extraction et traitement – conversion – enrichissement – fabrication du combustible. Aval du cycle: le combustible irradié – Traitement – Le MOX – Transmutation des actinides mineurs- Gestion des déchets. Combustibles du futur. Procédés industriels mis en jeu

5
CMN3 - Fiabilité des Matériaux Métalliques du Nucléaire
Pré-requis : Avoir des connaissances en thermodynamique et sur les défauts ponctuels et étendus dans les matériaux; en cristallographie et en électrochimie, élémentaires en propriétés mécaniques - niveau master 1
Volume horaire : 40h C
Responsable : Alexandre Legris/Jean-Bernard Vogt
  • Objectifs pédagogiques :

- Comprendre les différentes sources d’endommagement propres aux matériaux métalliques du nucléaire 

- Connaitre les principales familles d’alliages métalliques, les modes de dégradation

  • Connaissances et compétences :

Connaissances :

- Thermodynamique des transitions de phase
- Mobilité, diffusion dans les alliages complexes
- Dommage primaire (cascades de déplacements et dpa)
- Notion de Rate Theory
- Couplage de flux, systèmes forcés.
- Notions de source et puits de défauts ponctuels
- Gonflement, croissance
- Métallurgie structurale des aciers et des super alliages
- Les grandes familles d’alliages métalliques
- Les essais mécaniques
- Fiabilité mécanique sous irradiation accélération du fluage
- Mécanismes de rupture
- Fatigue, fatigue corrosion, corrosion sous contrainte
- Fragilisation par l’hydrogène, fragilisation par métal liquide, rupture assistée par l'environnement

Compétences :

-Capacité de réflexion et de critiques de documents bibliographiques

- Comprendre et exploiter les connaissances sur les alliages métalliques pour résoudre un problème de fiabilité

- Identifier les effets majeurs induits par l'irradiation sur une microstructure

- Identifier les risque majeurs d'endommagement


Programme

Dégradation des matériaux du nucléaire :

- Les alliages métalliques,
- Dégradation par corrosion
- Endommagement hors irradiation induit par les conditions d’utilisation
- Endommagement sous irradiation

- Évolution de la microstructure sous irradiation (gonflement, croissance, ségrégation induite)

5
CMN4 - Technologies des réacteurs
Pré-requis : Avoir des connaissances de niveau licence chimie ou physique
Volume horaire : 40h C
Responsable : Olivier Tougait
  • Objectifs pédagogiques :

Connaissance des différentes filières de réacteurs électrogènes et comprendre le fonctionnement de tout type de réacteur et notamment des REP. Comprendre le pilotage d’un REP. Connaitre les différents projets de réacteurs du futur (fission, ADS, fusion), leurs avantages et leurs inconvénients.

  • Connaissances et compétences :

Connaissances : connaissances fondamentales avancées dans un domaine des réacteurs électrogène.s

Compétences : Compréhension du fonctionnement et du pilotage des REP. Connaissances des systèmes nucléaires du futur.


Programme

Neutronique et pilotage d’un REP.

Les différentes filières de réacteurs nucléaires - Combustible/modérateur/caloporteur - Eléments de Neutronique - Formule des 4 facteurs - Neutrons retardés – Pilotage d’un REP - Réacteurs à eau sous pression - Thermohydraulique des réacteurs – Le circuit primaire - Réacteurs à neutrons rapides - Forum Generation IV – Réacteurs expérimentaux - Autres applications de l’énergie nucléaire.  Dessalement de l’eau de mer et production d’hydrogène. Réacteur à fusion.

5
CMN5 - Sureté des installations nucléaires
Pré-requis : connaissances générales de thermodynamique et cinétique chimique de niveau Licence et Master 1. Connaissance de bases sur le nucléaire (UE Nucléaire du M1-S2 ou équivalent)
Volume horaire : 30h C / 10h TP
Responsable : Laurent Gasnot
  • Objectifs pédagogiques :

L’objectif de cette UE est de donner aux étudiants les les principes de base en termes de prévention et de sureté nucléaire : évaluation des risques selon le scénario accidentel, évaluation des impacts environnementaux et sanitaires, comportement chimique (réactivité) des principaux matériaux radioactifs susceptibles d’être émis à l’atmosphère.

  • Connaissances et compétences :

Connaissances :

- Les accidents graves référencés : phénoménologie, prévention et modélisation
- Bases de radioprotection
- Chimie et réactivité des produits de fission
- Les axes de recherche actuels en terme de sureté nucléaire

Compétences:

- Analyse des situations incidentelles et accidentelles
- Chronologie et phénoménologie des situations accidentelles
- Comportement et devenir des radio-contaminants

- Evaluer les conséquences de situations accidentelles de référence


Programme

La problématique est d’abord abordée avec 5h de cours afin de disposer des bases en terme de sureté nucléaire : spécificités d’une installation nucléaire, risques potentiels inhérents à ce type d’activités, les produits de fission (inventaires, impacts radiologiques, réactivité), les scenarii d’accidents graves, les fondements de la sureté des installations françaises, sureté nucléaire et recherche.

Plusieurs interventions de professionnels du domaine sous forme de conférence, cours ou TD sont ensuite proposées :

- Réactivité et comportement des produits de fission, spéciation chimique des produits de fission
- Les conséquences radiologiques : notions de radioprotection
- Les accidents graves (pertes du contrôle de la réactivité ou des capacités de refroidissement) : spécificités et retours d’expérience

- Modélisation de situations accidentelles sévères : principes de base et application à des cas concret via l’utilisation de codes de calculs spécifiques

5
UET - Anglais/Gestion de projet et culture d'entreprise
Pré-requis : Niveau L3 (B2 préconisé en anglais)
Volume horaire : 20h anglais 30 h GPCE
Responsable : Karen Becquet / Marie-Josée Marti
  • Objectifs pédagogiques :

- Renforcer les compétences et la confiance des étudiants lorsqu'ils seront amenés à communiquer en anglais dans un contexte professionnel

- Formation socioéconomique. Sensibilisation au fonctionnement et à la connaissance d’une entreprise

  • Connaissances et compétences :

- Utiliser la langue dans un contexte professionnel, à l'oral   (entretien, réunion, téléphone, présentation ..) ou à l'écrit (compte-rendu, résumé, correspondance)

- Acquérir des connaissances du milieu de l’entreprise, savoir mener un projet, initiation à l’esprit d’entreprendre.


Programme
  • Anglais en labo
  • Culture d’entreprise : Le contenu est encore en cours de discussion.

- Préparation recherche de stage/emploi, Mises en situation/entretiens

- Fonctionnement d’une entreprise : management des RH, analyse comptable et financière, règlementations, marketing, protection industrielle.

- Module création d’activité (2.2 du parcours entrepreneuriat de HUBHOUSE)

- e-learning : MOOC- formation on line en gestion de projet

5
S4
UE stage - Stage
Responsable : Laurent Gasnot

La période de stage d’une durée de cinq mois minimum constitue une phase importante de la formation notamment parce qu’elle favorise la mise en relation des enseignements dispensés avec une réalité professionnelle. Elle donne ainsi la possibilité à l’étudiant d’être immergé dans une entreprise, une industrie, ou au sein d’un laboratoire académique afin de prendre en charge un projet en lien avec(1) la formation dispensée dans le cadre du parcours CMN et (2) les objectifs professionnels de l’étudiant. Le stage permet également aux étudiants de développer une expérience professionnelle et d’éclairer leurs choix d’orientations futurs.

Au cours de sa période de stage, l’étudiant est suivi par un tuteur académique. Les missions qui lui sont confiées donnent lieu à la rédaction d’un rapport écrit selon un format qui sera communiqué à l’étudiant tout en respectant les conditions de confidentialité en lien avec l’entreprise d’accueil. Le stage donne lieu également à une soutenance orale du projet et des résultats obtenus, devant un jury constitué d’enseignants-chercheurs, chercheurs et industriels. A l’issue de l’évaluation de ces deux prestations, le stage doit être validé par l’équipe pédagogique.

En plus des démarches personnelles menées par l’étudiant pour trouver un stage, des offres sont proposées par les différents partenaires académiques et industriels impliqués dans la formation :

- Laboratoire de Spectrochimie Infrarouge et Raman (LASIR – UMR 8516 CNRS/Lille1)
- Laboratoire de PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l'Atmosphère (PC2A – UMR 8522 CNRS/Lille1)
- Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS – UMR 8581 CNRS/Lille1)
- Unité Matériaux et Transformations (UMET – UMR 8207 CNRS/Lille1)
- EDF
- AREVA
- CEA
- IRSN

 


Programme
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