Les corps broyant placés dans un broyeur sont soumis à différentes forces qui peuvent les expulser hors de l’appareil. Ce phénomène peut être important lors de l’utilisation de corps broyant de petite taille qui favorisent une meilleure efficacité de réduction granulométrique dans des opérations de rebroyage ou de broyage secondaire et tertiaire. L’objectif de ce mémoire est d’évaluer les conditions favorisant l’éjection des corps broyant hors d’un broyeur opéré en continu. Les résultats obtenus à l’échelle du laboratoire ont permis d’établir des méthodes pour déterminer les conditions (vitesse de fluide, concentration de solides, granulométrie du solides) qui favorisent la fluidisation et ultimement le transport de boulets de dimension inférieure à 8 mm. Les résultats montrent que le niveau de la charge de corps broyant est la variable qui affecte le plus l’éjection des corps broyant. Le débit d’alimentation est la deuxième variable opératoire d’importance, suivie de la concentration de solides de la pulpe à l’alimentation d’un broyeur.

Parmi les variables disponibles pour l'optimisation, la dimension des boulets et la concentration en solides de la pulpe alimentée sont souvent considérées pour maximiser le rendement énergétique des broyeurs. Les deux variables ne sont habituellement pas étudiées simultanément. Le projet de cette maîtrise vise à étudier, à l'échelle du laboratoire, l'effet de la dimension des boulets et de la concentration en solides sur le broyage afin d'aider à répondre à la question : « Doit-on ajuster la densité de la pulpe lorsqu'on procède à un changement de dimension de boulets? » Différents indices de performance ont été utilisés pour évaluer l'effet de la dimension des boulets et de la concentration en solides. Les résultats montrent que les effets d'interaction entre ces variables ne sont généralement pas significatifs. Cependant, on a observé qu'il existe une concentration en solides optimale, pour laquelle les boulets donnent un rendement maximal quelque soit leur dimension.

DANS LA THÈSE, UNE NOUVELLE TECHNIQUE ITÉRATIVE D'HOMOGÉNÉISATION POUR LES RÉACTEURS À LIT DE BOULETS EST DÉVELOPPÉE. LE MODÈLE CONSIDÈRE LES DIFFÉRENCES SPECTRALES, PROPRES À CHAQUE TYPE DE BOULET, POUR LES CALCULS D'HOMOGÉNÉISATION ET D'ÉVOLUTION MICROSCOPIQUE. LA MÉTHODE DÉVELOPPÉE DANS LE CODE DE CALCUL NEUTRONIQUE APOLLO2 A ÉTÉ VÉRIFIÉE PAR COMPARAISON AVEC DES SIMULATIONS MONTE CARLO DE RÉFÉRENCE, AVEC TRIPOLI4. LES RÉSULTATS OBTENUS PAR LE MODÈLE APOLLO2 SONT PEU DIFFÉRENTS DE LA RÉFÉRENCE (MOINS DE 100 PCM SUR LE KEFF, DE ±4% SUR LA DISTRIBUTION DES TAUX DE PRODUCTION, AVEC UNE DIFFÉRENCE DE 3% AU POINT CHAUD). ENSUITE, UNE PREMIÈRE VALIDATION A ÉTÉ RÉALISÉE PAR RAPPORT À LA PREMIÈRE DIVERGENCE DU PROTOTYPE HTR-10. LE NOMBRE OBTENU AVEC LE NOUVEAU MODÈLE EST SEULEMENT DE 77 BOULETS EN DESSOUS DE LA VALEUR EXPÉRIMENTAL DE 16890 BOULETS. UNE MÉTHODE A ENSUITE ÉTÉ DÉVELOPPÉE POUR ÉVALUER LA COMPOSITION DU CŒUR À L'ÉQUILIBRE, LIÉE À LA RÉ-CIRCULATION DES BOULETS. LA NOUVELLE MÉTHODE A ÉTÉ APPLIQUÉE POUR ÉVALUER LE BIAIS ASSOCIÉ À L'EMPLOI D'UN SEUL BOULET DE COMPOSITION ISOTOPIQUE MOYENNE. LES DIFFÉRENCES SPECTRALES ENTRE LES DIFFÉRENTS TYPES DE BOULETS ÉTANT EN GRANDE PARTIE DUES AUX RÉSONANCES DU PU240, LE BIAIS EST PLUS IMPORTANT QUAND LE CŒUR EST CHARGÉ AVEC UN COMBUSTIBLE DE PU, OÙ ON OBSERVE DES ÉCARTS SUR LES DISTRIBUTIONS DE PUISSANCES ET LES CONCENTRATIONS DE ± 10%. POUR CONCLURE, EN SE BASANT SUR L'EXPÉRIENCE ACCUMULÉE AU CEA ET AVEC LA MÉTHODE DÉVELOPPÉE ICI, ON POURRAIT MONTER UN SCHÉMA ITÉRATIF DE CALCUL COUPLÉ NEUTRONIQUE - THERMO-HYDRAULIQUE, EN CALCULANT LE CŒUR 3D EN DIFFUSION ET EN ASSOCIANT À CHAQUE RÉGION DE SPECTRE UNE GÉOMÉTRIE MULTI-BOULETS.

Lors de la synthèse des aciers ODS, la première étape consiste à réaliser un broyage actif, appelé mécano-synthèse, entre les matériaux de départ qui sont la poudre métallique et les renforts d’oxyde. Ce procédé peut se réaliser au moyen d’un broyeur à boulets, constitué d’une cuve cylindrique à l’intérieur de laquelle des billes en acier sont introduites. Le broyage résulte des combinaisons de chocs entre billes, poudre et paroi de la cuve, ce qui conduit à une évolution de la de la taille, de leur forme et de leur polydispersité. La première partie de cette thèse s’est attachée à élaborer un moyen de caractérisation de la poudre par des mesures ultrasonores. Une méthode qui consiste à sonder un échantillon de poudre métallique pour la mesure des paramètres acoustiques s’est avérée être adaptée pour la qualification de la poudre métallique en cours de broyage. Une dépendance des paramètres acoustiques avec les caractéristiques morphologiques du milieu a également été mise en évidence pour des échantillons granulaires. Dans une deuxième partie, l’optimisation du procédé par l’identification de la vitesse optimale de rotation de la cuve est recherchée dans un premier temps. Une mise en parallèle des signaux acoustiques et vibratoires en fonction de la vitesse de rotation de la cuve avec le mouvement des billes, montre que les énergies acoustique et vibratoire sont des indicateurs pouvant conduire à la vitesse de rotation optimale. Puis, il est montré comment des mesures acoustiques et vibratoires durant un broyage permettent de caractériser l’évolution de la nature des poudres et d’identifier la présence de colmatage de la poudre sur les parois de la cuve. / During the ODS steel (Oxide Dispersion Strengthened) synthesis, the first stage consists in an active milling between original materials, which are metallic powder and oxide to obtain reinforced micro/nanoscale dispersions. This process, known as mechanical alloying, could be realized by balls milling composed by a cylindrical tank rotating around its main axis, within which steel beads are introduced. The grinding results from different combinations of collisions between beads and powders on the tank walls, that lead to morphological grain powder evolution (grain size and shape). The first part of this thesis proposes an ultrasonic method to characterize the metallic powder. An experimental method, which consists in acoustic probing for measuring linear acoustic parameters (longitudinal wave velocity and elastic modulus) of a slab of powder sample, appears to be suitable to follow different mechanical alloying stages. A dependence of the acoustic parameters on the morphological characteristics of metallic powder (grain shape and grain size distribution) is shown with the same sample preparation and the same confining pressure. In the second part, optimization process by identification of ball milling optimal rotation speed is researched in a first step. Correlation between acoustic or vibration signals and bead motion versus rotation speed, shows that acoustic and vibration energy are good indicators that can be used to find the optimal rotation speed. In a second step, acoustic and vibration measures are used to follow grain material properties evolution during a grinding (for a period of 176hrs) and to identify powder clogging mechanism on a milling tank.