DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L' invention concerne un procédé et un dispositif de mise en contact sans mélange et à haute température de deux liquides non miscibles avec chauffage et brassage par induction. En particulier, l'invention concerne un procédé et un dispositif pour mettre en contact des métaux et des sels fondus à des températures élevées pouvant atteindre par exemple jusqu'à environ 1100K.

Le domaine technique de l'invention peut être défini de manière générale comme celui du transfert de matière, et plus particulièrement comme celui des techniques de mise en contact et de séparation chimiques à haute température et plus particulièrement d'extraction impliquant des liquides immiscibles.

Le domaine technique de l'invention est plus précisément mais non exclusivement celui des systèmes d'extraction liquide/liquide à haute température appelés aussi pyrocontacteurs dans lesquels une phase de sels liquides et une phase de métal fondu sont mises en contact. Le domaine technique de l'invention est notamment celui des procédés métallurgiques dans lesquels on réalise l'extraction et la désextraction d' actinides à haute température, généralement voisine de 800K et jusqu'à 1200 K. Ces procédés sont basés sur la mise en contact d'un métal extractant, tel que de l'aluminium, en fusion, avec deux phases de sels fondus [1] [2] . ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Le retraitement par voie classique, « hydrométallurgique », des combustibles nucléaires à haut taux de combustion nécessite des temps de refroidissement de plusieurs années afin de diminuer la teneur en éléments radioactifs responsables des phénomènes de radiolyse. Le retraitement à haute température par les procédés de pyrométallurgie présente l'intérêt d'une faible sensibilité aux phénomènes de radiolyse et d'un temps de refroidissement du combustible de seulement quelques mois .

Le principe chimique des procédés de pyrométallurgie est basé sur la fonte d'une phase d'aluminium qui est utilisée comme milieu extractant des actinides [16] .

Des appareils pyrocontacteurs permettant le retraitement pyrométallurgique par extraction liquide/liquide sont ainsi décrits dans les documents [3], [4], [5], [6] et [7]. Dans ces appareils, la mise en contact des phases liquides et métal fondu est généralement effectuée en continu.

Les documents [3-4] décrivent des colonnes à garnissage en vrac, ou une colonne à plateau utilisant le système chlorure fondu/bismuth.

L'utilisation des colonnes d'extraction décrites dans ces documents est limitée par la cinétique d'échange. La HEPT (hauteur équivalente à un plateau théorique) de ces colonnes est généralement comprise entre 1 et 2 m.

Le document [5] décrit une colonne à garnissage rotatif qui est notamment utilisé pour la mise en contact d'une phase de sels fondus chlorure de potassium-chlorure d'aluminium contenant du plutonium et d'un alliage uranium-aluminium.

Le document [6] décrit des mélangeurs- décanteurs dont la technologie, issue de 1' hydrométallurgie, a été spécialement adaptée au domaine de la pyrométallurgie.

L'utilisation de ces mélangeurs-décanteurs est limitée par l'efficacité de la décantation de deux phases de densités voisines. Le volume mort important de ce type d'appareillage nécessite également l'utilisation de grandes quantités de réactifs.

Le document [7] décrit un pyrocontacteur centrifuge permettant de mélanger puis de séparer des sels liquides et des métaux liquides immiscibles. Les liquides sont introduits dans une zone de mélange annulaire et sont vigoureusement mélangés à l'aide de pales verticales fixées à un rotor associé à des déflecteurs. Les liquides sont introduits dans l'appareil à une température de 1000K à 1100K et sont séparés dans le rotor en une phase dense et en une phase légère qui sont évacuées de l'appareil.

Cet appareil est utilisé pour traiter les bains de chlorures fondus issus d'un procédé d' électroraffinage . L'extracteur centrifuge décrit dans ce document est un appareil performant mais qui a été testé pendant des durées faibles ne dépassant pas quelques centaines d'heures en milieu chlorures fondus. Sa fiabilité n'a donc pas été prouvée sur une durée suffisante. L'utilisation de ces appareils est également limitée par l'apparition de problèmes de corrosion qui altèrent rapidement leur fonctionnement.

Par ailleurs, en dehors du domaine des pyrocontacteurs et de l'industrie nucléaire, les documents [8] et [9] décrivent la séparation de liquides non miscibles notamment dans le cadre de l'extraction du pétrole contenu dans l'eau.

Ces techniques mettent en œuvre des appareils complexes équipés de tamis métalliques et de systèmes de pompage dans le but de faire une simple séparation physique de deux fluides sans aucune finalité d'extraction sélective de composés dissous.

C'est afin de remédier aux inconvénients présentés par les procédés et dispositifs décrits dans les documents [1] à [7] cités plus haut que le dispositif et le procédé du document [10] ont été développés .

Le document [10] concerne un contacteur à paroi ajourée qui permet la mise en contact de deux phases liquides non miscibles telles qu'une phase de fluorure d'alcalin fondu et une phase d'aluminium liquide sans provoquer leur mélange.

Ainsi, dans cet appareil, les propriétés de tensions interfaciales de l'aluminium fondu permettent un confinement de ce métal au moyen de la paroi aj ourée .

Cet appareil peut notamment être mis en œuvre pour réaliser la mise en contact d'un métal extractant, tel que de l'aluminium, en fusion, avec deux phases de sels fondus, et permet ainsi de réaliser facilement l'extraction et la désextraction d'actinides.

L'existence de la paroi ajourée séparant les deux milieux, limite et ralentit toutefois fortement la vitesse de transfert de matière.

Cette limitation est principalement liée à la diffusion des espèces chimiques au-travers de la paroi ajourée. Dans ces conditions, l'équilibre thermodynamique est généralement atteint après 12h de contact entre les deux phases.

En d'autres termes, le dispositif décrit dans le document [10] présente une cinétique de transfert de matière, notamment une cinétique d'extraction, fortement limitée par les phénomènes de diffusion à travers la paroi ajourée.

Le contacteur à paroi ajourée décrit dans le document [10] est couplé à un chauffage résistif « classique » qui permet de travailler à une température proche de 1200K sous atmosphère à teneur en oxygène et humidité contrôlées. Cette conception autorise un mouvement de liquide par convection de l'ordre d'un mm/min côté sel fondu.

Du côté de l'aluminium, la très bonne conductivité thermique de l'aluminium liquide empêche l'existence d'un gradient de température au sein de ce métal fondu. Ainsi, la phase aluminium fondu a une densité constante en tout point du creuset, ce qui empêche toute existence d'un brassage par convection libre dans cette phase.

Ainsi, la limitation du transfert de matière dans l'aluminium est principalement due à la diffusion des espèces dans le métal liquide qui est un phénomène réputé lent.

Dans le cas d'un chauffage résistif, la vitesse de brassage par convection de l'aluminium est ainsi proche de zéro.

L'une des solutions pour améliorer la cinétique et le brassage des phases consisterait à mettre en œuvre un brassage de type mécanique de l'aluminium et des sels fondus.

La conception du pyrocontacteur du document

[10] ne facilite pas ce type d'implantation.

Le brassage mécanique doit également faire l'objet d'une surveillance particulière au niveau des passages étanches compte tenu des contraintes liées à la haute température.

Enfin, l'option de l'agitation mécanique est rapidement limitée par les effets de paroi qui ralentissent fortement l'écoulement des fluides au niveau des zones géométriquement contraintes comme les fenêtres du contacteur. Ces différentes considérations permettent de conclure à l'inefficacité d'une telle solution .

Par ailleurs, le chauffage et brassage par induction est une technique bien connue. Du point de vue industriel, l'utilisation d'un four inductif est particulièrement répandue pour le chauffage des métaux.

Dans le domaine du nucléaire, le chauffage par induction a été employé dans le cadre du projet de l'IFR (« International Fast Reactor ») [17] en vue de purifier de l'uranium métal. Cette technologie est toujours utilisée à 1 ' INL pour le retraitement de combustibles du réacteur EBRII "Expérimental Breader Reactor II" [18] dans la partie du procédé appelée "cathod processor" qui vise à évaporer des résidus de chlorures fondus contenus dans de l'uranium métal.

La JAEA («Japan Atomic Energy Agency ») utilise également 1 ' induction en fin de procédé dans des conditions opératoires proches de l'INL.

Dans le cadre du procédé pyrométallurgique, Hayashi et al. [19] ont également développé un système de chauffage à induction destiné à améliorer la propriété de résistance à la corrosion d'un creuset contenant un sel fondu. Ici, la solution consiste à utiliser une technologie proche du creuset froid.

L' induction permet aussi la mise en lévitation d'un métal fondu et évite tout contact avec des parois de creuset. Dans ces conditions, il est possible d'obtenir un métal de haute pureté. Cette propriété a été utilisée à Los Alamos [20] dans le cadre du retraitement du combustible pour obtenir du plutonium de haute pureté.

Par ailleurs, le document [21] décrit un four de fusion de matériaux isolants tels que le verre par induction directe en creuset froid. Ce four de fusion comprend un creuset refroidi à paroi latérale métallique continue, une sole sectorisée et refroidie, et au moins un inducteur disposé sous la sole qui constitue le seul moyen de chauffage du creuset. Ce document a simplement trait à la fusion d'un verre et ne concerne pas la mise en contact de deux fluides non miscibles. Aucun brassage du verre sous l'effet de l'induction n'est évoqué.

Le document [22] concerne un dispositif électromagnétique de fusion et d'agitation interfaciale d'un système diphasique, comprenant une première phase ou phase inférieure et une deuxième phase ou phase supérieure, immiscibles. Ce dispositif permet notamment l'accélération de processus métallurgique ou pyrochimique.

Plus précisément, ce dispositif comprend :

un creuset destiné à contenir le système diphasique ;

des moyens de fusion et d'agitation prévus pour la fusion des première et deuxième phases et l'agitation de l'interface de celles-ci.

Ces moyens de fusion et d'agitation comprennent :

un inducteur entourant le creuset et des moyens d' alimentation de cet inducteur par un courant variable ayant au moins une composante, cette composante étant apte à agiter l'interface des première et deuxième phases.

La première phase peut être un métal ou alliage et la deuxième phase peut être un laitier ou un sel.

Des essais sont réalisés avec une phase métallique à base de zinc et une phase saline fluorée, ou bien avec une phase métallique constituée par un alliage Al-Cu et une phase saline constituée par un mélange de LiF et de CaF ₂ . Ces essais ont permis de constater que grâce à l'agitation interfaciale les éléments réductibles sont entièrement transférés vers la phase métallique.

Dans ce dispositif, les phases en contact sont séparées grâce à leur propriété de non-miscibilité et du fait de leur différence de masses volumiques, densités conduisant à ce que, sous l'effet de la gravité, les phases se séparent en une phase supérieure, par exemple saline, et en une phase inférieure, par exemple métallique.

Comme on l'a vu, la phase métallique est notamment constituée d'un alliage Al/Cu plus dense que 1 ' Al pur .

Cet alliage Al/Cu évite, à terme, la formation d'un milieu diphasique de type émulsion mais l'utilisation d'un alliage Al/Cu n'est pas compatible au niveau de la gestion des flux matières à l'échelle de l'usine.

Les dispositifs utilisant l'induction décrits dans ce qui précède n'ont pas permis l'émergence de systèmes de contacteur liquide/liquide à haute température directement utilisables pour mettre en œuvre des procédés d'extraction.

Il existe donc un besoin au vu de ce qui précède pour un procédé et pour un dispositif de mise en contact de deux fluides immiscibles, tel qu'un pyrocontacteur, qui soit simple, fiable, sûr et facile à mettre en œuvre. Il existe encore un besoin pour un tel procédé et un tel dispositif qui puissent être utilisés notamment avec des métaux et sels fondus avec une grande efficacité et une cinétique optimale.

II existe ensuite un besoin pour un procédé et un dispositif de mise en contact et en mouvement de fluides non miscibles tout en maîtrisant les accélérations auxquelles sont soumis les fluides et qui ne nécessite qu'un nombre très limité de pièces en mouvement.

Il existe plus précisément un besoin pour un procédé et un dispositif de mise en contact de fluides non miscibles, tel qu'un pyrocontacteur, qui tout en améliorant la cinétique de transfert de matière, du contacteur à paroi ajourée du document [10], conserve par ailleurs tous les avantages avérés apportés par cette technologie de contacteur à paroi ajourée.

Il existe en particulier un besoin pour un procédé et un dispositif de mise en contact de fluides non miscibles utilisant la technologie du contacteur à paroi ajourée du document [10] qui comprenne un dispositif de brassage simple à mettre en œuvre quelque soit la nature des phases en contact et le domaine de température de travail et qui permette une forte amélioration du renouvellement des phases liquides jusqu'à l'interface située dans la paroi ajourée.

Il serait en outre avantageux que ce dispositif soit téléopérable pour autoriser son exploitation dans des enceintes de confinement nucléaire du type caisson blindé. Le but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif de mise en contact de deux liquides non miscibles qui répondent entre autres à ces besoins.

Le but de l'invention est aussi de fournir un procédé et un dispositif de mise en contact de deux liquides qui permettent l'utilisation de deux liquides de même masse volumique ou de masses volumiques proches, voisines.

Le but de l'invention est encore de fournir un procédé et un dispositif de mise en contact de deux liquides dans lesquels le chauffage des liquides est réalisé au moyen d'un dispositif de chauffage compact limitant les phénomènes d ' échauffement dans un caisson confiné .

Le but de l'invention est en outre de fournir un tel procédé et un tel dispositif qui ne présentent pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des procédés et dispositifs de l'art antérieur et qui résolvent les problèmes des procédés et dispositifs de l'art antérieur, et notamment les problèmes de cinétique de transfert insuffisante à travers une paroi ajourée, du procédé et du dispositif décrits dans le document [10] (WO-Al-2008/080853) tout en en conservant tous les avantages.

EXPOSÉ DE L' INVENTION

Ce but et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un procédé de mise en contact sans mélange d'un premier matériau, constitué par un métal ou par un alliage de plusieurs métaux, à l'état liquide, et d'un deuxième matériau, constitué par un sel ou un mélange de plusieurs sels, à l'état liquide, ledit premier matériau et ledit deuxième matériau à l'état liquide étant immiscibles, ledit premier matériau étant conducteur de l'électricité à l'état solide et à l'état liquide, et ledit deuxième matériau étant conducteur de l'électricité à l'état liquide et éventuellement à l'état solide, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes :

a) on place le premier matériau, à l'état solide, dans au moins un premier récipient comprenant une paroi en un matériau solide réfractaire, non conducteur de l'électricité , transparent à un champ magnétique créé par au moins un inducteur, et non réactif vis-à-vis du premier et du deuxième matériaux, ladite paroi comprenant un ou plusieurs orifice (s) traversant ( s ) ; le premier matériau à l'état liquide étant non mouillant vis-à-vis dudit matériau solide de la paroi ;

b) on met en contact ledit premier récipient avec un volume du deuxième matériau à l'état solide, placé dans au moins un deuxième récipient en un matériau solide réfractaire, transparent à un champ magnétique créé par au moins un inducteur, non conducteur de l'électricité et non réactif vis-à-vis du deuxième matériau ;

c) on soumet le premier et le deuxième récipients à l'action d'un champ électromagnétique créé par au moins un inducteur, moyennant quoi des courants électriques induits sont générés dans le premier matériau à l'état solide et provoquent la fusion du premier matériau ; d) le premier matériau à l'état liquide se met en mouvement sous l'action de forces de Laplace ;

e) le deuxième matériau à l'état solide commence à fondre sous l'effet d'un flux de chaleur en provenance du premier récipient par conduction et rayonnement ;

f) une conductivité ionique apparaît dans le deuxième matériau permettant le développement de courants électriques induits qui accélèrent la fusion du deuxième matériau ;

g) le deuxième matériau à l'état liquide se met en mouvement sous l'action de forces de Laplace ;

h) le premier matériau à l'état liquide étant en contact avec le deuxième matériau à l'état liquide au niveau desdits orifices, on laisse en contact le premier matériau à l'état liquide avec le deuxième matériau à l'état liquide pendant une durée suffisante pour que se produise un échange, transfert de matière entre le premier matériau à l'état liquide et le deuxième matériau à l'état liquide;

i) on retire le premier récipient du volume du deuxième matériau à l'état liquide ;

j) on refroidit le premier récipient jusqu'à ce que le premier matériau revienne à l'état solide.

Par matériau conducteur de l'électricité au sens de l'invention, on entend généralement que ce matériau a une conductivité supérieure à 100 S. m ^"1 , de préférence supérieure à 1000 S. m ^-1 .

Par matériau transparent à un champ magnétique, on entend généralement qu'il n'existe pas d'interaction entre ce matériau et l'onde électromagnétique créée par l'inducteur, plus précisément que ce matériau présente une perméabilité magnétique maximale de 10 ^~3 H. m ^-1 .

Avantageusement, le courant parcourant l'inducteur a une intensité de 100 à 3000 A. our ou spire, de préférence de 100 à 1000 A. our ou spire, et une fréquence de 20 à 400 kHz, par exemple de 200 kHz .

Avantageusement, le courant parcourant l'inducteur a une fréquence qui est choisie de façon à régler l'épaisseur de peau pour le premier et le deuxième matériaux, en fonction de la géométrie du premier et du deuxième récipients et des propriétés de conductivités électriques respectives du premier matériau et du deuxième matériau.

Précisons en effet que seuls les premier et deuxième matériaux doivent être conducteurs, à savoir à l'état solide et à l'état liquide pour le premier matériau tel que l'aluminium, et au minimum à l'état liquide pour le deuxième matériau.

Par épaisseur de peau, on entend généralement l'épaisseur du matériau où sont produits les 2/3 des courants secondaires induits.

Par exemple, la fréquence du courant peut être choisie de telle sorte que l'épaisseur de peau soit égale à la moitié de la valeur du rayon du récipient, creuset contenant le matériau le moins conducteur qui est généralement le ou les sel (s) , si ce récipient est un cylindre à section droite circulaire.

Avantageusement, le deuxième récipient dans lequel est placé le deuxième matériau (matériau 2, sel (s) , généralement matériau le moins conducteur) entoure le (s) premier (s) récipient (s) dans lequel est placé le premier matériau (matériau 1, métal ou alliage, généralement matériau le plus conducteur) et le deuxième récipient est plus proche du ou des inducteur (s) que le premier récipient (voir par exemple Figure 1A) .

Avantageusement la fréquence d'induction pourra être de 200 kHz dans le cas de la géométrie illustrée sur la figure 1A, dans ces conditions l'épaisseur de peau dans le matériau 1 (métal fondu) sera par exemple de 1mm et l'épaisseur de peau dans le sel fondu sera par exemple de 3 cm.

Avantageusement, dans ces conditions (c'est à dire avec une fréquence de 200 Hz et la géométrie illustrée sur la Figure 1A) , la puissance injectée est répartie à environ 50% entre les deux matériaux, par exemple la puissance injectée au matériau 2 (sel fondu) est de 51% et la puissance injectée au matériau 1 (métal fondu) est de 49%.

Avantageusement, le champ électromagnétique créé par l'inducteur génère un flux d'induction magnétique compris entre 10 ^~6 et 10 ^~3 Wb .

Avantageusement, le champ électromagnétique créé par l'inducteur peut être un champ glissant.

Un tel champ glissant permet d'améliorer l'efficacité du chauffage et du brassage.

Afin de créer un tel champ glissant, plusieurs inducteurs indépendants sont prévus, chaque inducteur étant constitué par une seule spire parcourue par un courant . Entre chaque inducteur la partie réelle du courant est déphasée de 90° ou π/2.

Par matériau solide réfractaire au sens de l'invention, on entend généralement que ce matériau peur résister sans subir de dégradation des températures pouvant atteindre 1300K.

Avantageusement, le matériau solide réfractaire qui constitue la paroi du premier récipient est choisi parmi le nitrure de bore et l'alumine.

Avantageusement, la masse volumique du premier matériau à l'état liquide et la masse volumique du deuxième matériau à l'état liquide sont identiques ou proches .

C'est là un des avantages du procédé selon l'invention que de permettre la gestion de telles phases ayant des masses volumiques identiques ou proches .

Par masses volumiques proches, on entend généralement que la masse volumique du premier matériau à l'état liquide et la masse volumique du deuxième matériau à l'état liquide ne diffèrent pas de plus de 10%, de préférence pas de plus de 5%, de préférence encore pas de plus de 1%.

Le premier matériau à l'état liquide est non mouillant vis-à-vis du matériau de la paroi du premier récipient, ce qui signifie que, généralement, son angle de contact Θ avec ladite paroi est supérieur à 90°, de préférence il est compris entre 120° et 180°.

Le deuxième matériau à l'état liquide peut être mouillant ou non mouillant, mais il doit avoir de préférence un caractère plutôt mouillant vis-à-vis du matériau de la paroi séparative, c'est-à-dire de la paroi du premier récipient.

Le procédé selon l'invention comprend une suite spécifique d'étapes spécifiques qui n'a jamais été décrite, ni suggérée dans l'art antérieur tel que représenté notamment par les documents cités plus haut.

Le procédé selon l'invention est simple, fiable, facile à mettre en œuvre. Il répond aux besoins et exigences énumérés ci-dessus et apporte une solution aux problèmes de l'art antérieur cités plus haut et notamment aux problèmes présentés par le procédé et le dispositif décrits dans le document [10] (WO-A1-2008/080853) .

De manière simplifiée, on peut dire que dans le procédé selon l'invention on associe, de manière inattendue, d'une part la mise en contact d'un premier matériau à l'état liquide avec un deuxième matériau à l'état liquide, séparés par une paroi comprenant un ou plusieurs orifice (s) traversant (s) , et d'autre part un chauffage par induction utilisant le premier matériau comme suscepteur.

En d'autres termes, le procédé selon l'invention se différencie du procédé qui est décrit dans le document [10] en ce qu'il met en œuvre le contacteur liquide/liquide à paroi ajourée de ce document en l'associant à un chauffage par induction utilisant le premier matériau comme suscepteur, ce chauffage par induction étant rendu possible grâce à l'utilisation d'un matériau réfractaire transparent aux ondes électromagnétiques générées par un inducteur pour constituer aussi bien le premier récipient ou panier ajouré que le deuxième récipient ou creuset.

Par rapport au document [10], le remplacement du chauffage résistif par un système inductif permet une forte amélioration des performances du contacteur liquide/liquide. En effet, le gain obtenu grâce au procédé selon l'invention sur la vitesse de brassage du deuxième matériau est généralement d'un ordre de grandeur (d'un facteur 10) par rapport à la vitesse de brassage provoquée par la convection libre dans le deuxième matériau fondu en mettant en œuvre un chauffage résistif classique.

On obtient par exemple, avec le procédé selon l'invention, une vitesse de brassage du deuxième matériau (sels fondus) de 3 cm/s alors qu'une vitesse de brassage du deuxième matériau de seulement 2 mm/s est obtenue avec un chauffage résistif classique.

Du côté du premier matériau (métal fondu) la vitesse de brassage progresse de plusieurs ordres de grandeur puisque les valeurs attendues sont proches de la dizaine de cm/s alors que le mode de chauffage résistif mis en œuvre dans l'art antérieur tel que représenté par le document [10] ne permettait pas la mise en place d'un brassage convectif du premier matériau.

La mise en place du brassage par induction permet donc de diminuer le temps de contact d'un facteur 10 à 100.

Ce gain de temps permet d'atteindre un état d'équilibre en une durée généralement inférieure à 1 heure, par exemple en seulement 10 minutes, au lieu de 24 heures [10] .

L'utilisation pour constituer aussi bien le premier récipient que le deuxième récipient d'un matériau transparent au champ électromagnétique généré par l'inducteur permet d'utiliser le premier matériau, c'est à dire le métal ou l'alliage de métaux comme matériau suscepteur.

Les deux récipients peuvent être en un même matériau transparent au champ électromagnétique ou en des matériaux différents tous deux transparents au champ électromagnétique généré par l'inducteur.

Un tel matériau ou de tels matériaux, utilisé (s) pour constituer les récipients, qui possède (nt) une bonne transparence aux lignes de champ, interagit (interagissent) peu, de ce fait, avec le chauffage par induction, et la puissance délivrée par l'inducteur est donc principalement utilisée pour chauffer le premier matériau à l'état solide ou liquide et le deuxième matériau à l'état liquide.

On peut dire que le procédé selon l'invention consiste, de manière inattendue, à associer la technologie du contacteur liquide/liquide faisant l'objet du document [10] (WO-A1-2008/080853) et la magnétohydrodynamique en lieu et place d'un chauffage résistif classique.

Cette association permet d'améliorer fortement l'efficacité du système décrit dans le document [10] et d'augmenter la productivité d'un tel système.

Le procédé selon l'invention met à profit les lois de la magnétohydrodynamique pour assurer simultanément un brassage et un chauffage électromagnétique des matériaux fondus.

Le procédé selon l'invention, permet non seulement un chauffage mais aussi un brassage du premier et du deuxième matériaux et repose sur une double utilisation des propriétés de

1 ' électromagnétisme . En effet, les lois de conservation de l'énergie permettent l'association d'un effet thermique (chauffage) avec un aspect mécanique des fluides (brassage) .

Le procédé selon l'invention améliore significativement la cinétique de transfert de matière au-travers des parois ajourées du contacteur liquide/liquide décrit dans le document [10] en imposant un renouvellement forcé des milieux liquides à l'interface entre le premier matériau à l'état liquide (par exemple de l'aluminium fondu) et le deuxième matériau à l'état liquide (les sels fondus) .

Ce renouvellement à l'intérieur des orifices traversants ou fenêtres du premier récipient est possible grâce à la mise en place d'un brassage électromagnétique dans les premier et deuxième matériaux à l'état liquide tels que des métaux et sels fondus .

Sans vouloir être lié par aucune théorie, le procédé selon l'invention, de manière surprenante, utilise les propriétés électromagnétiques du premier matériau pour l'employer également comme suscepteur.

En effet, selon une caractéristique fondamentale du procédé selon l'invention, le rôle de suscepteur (par suscepteur on entend une partie, pièce ou élément chauffé (e) par les courants induits) n'est pas joué par une paroi du premier récipient ou creuset comme cela est généralement le cas dans les procédés mettant en œuvre un chauffage par induction.

Dans le procédé selon l'invention, le rôle de suscepteur est joué, de manière étonnante, par le premier matériau qui est un métal tel que l'aluminium dans lequel sont générés des courants induits. Ce rôle de suscepteur est ensuite également joué par le deuxième matériau constitué par des sels lorsque celui-ci a suffisamment fondu et est suffisamment conducteur pour que des courants induits y soient créés .

L'association dans le cadre du procédé selon l'invention, du système à paroi ajourée du document [10] (WO-Al-2008/080853) réalisé en un matériau spécifique, notamment réfractaire et transparent aux ondes électromagnétiques émises par un inducteur, avec un chauffage par induction utilisant le premier matériau en tant que suscepteur, peut être qualifiée d'association synergique qui présente toute une série d'effets et avantages inattendus, cette association permet notamment :

de chauffer et de fondre sans contact les premier et deuxième matériaux solides même s'ils présentent une température de fusion élevée, par exemple voisine de 1100K, comme c'est le cas des fluorures alcalins;

le chauffage par induction permet de fondre les premier et deuxième matériaux à savoir le métal par exemple l'aluminium, et les sels malgré des conductivités électriques éloignées, par exemple éloignées de trois ordres de grandeur ;

de réaliser un brassage de différentes phases : à savoir la phase constituée par le premier matériau à l'état liquide et la phase constituée par le deuxième matériau à l'état liquide ;

d'accélérer la cinétique de transfert de matière, par exemple d'extraction ;

En d'autres termes, grâce à l'association précitée dans le cadre du procédé selon l'invention :

on crée un mouvement et un renouvellement des interfaces liquides premier matériau à l'état liquide (métal tel qu'aluminium fondu) / deuxième matériau à l'état liquide (sel (s) fondu (s)) jusque dans les fenêtres du contacteur et malgré les effets de paroi ; on fait jouer au premier matériau tel que l'aluminium, et de manière étonnante et avantageuse, un double rôle : à savoir d'une part le rôle d' extractant et d'autre part le rôle de source de chaleur conséquence de son rôle de suscepteur ; on réalise un brassage électromagnétique dans des métaux présentant une conductivité thermique élevée comme l'aluminium. Dans le cas d'un chauffage résistif, la très bonne conductivité thermique de l'aluminium empêche l'apparition de tout gradient de température. Il ne peut donc y avoir de variation de masse volumique au sein du métal fondu. Les mouvements d'aluminium liquide par convection sont donc impossibles. Le procédé selon l'invention assure donc de manière surprenante le brassage de métaux à conductivité élevée qui était jusqu'à présent impossible avec les procédés faisant appel à un chauffage résistif ; - on réalise un brassage électromagnétique du sel, une fois fondu, et on améliore ainsi de manière très importante, par exemple d'un facteur 10, la vitesse du mouvement par rapport à la convection libre ; - on obtient une vitesse de montée en température beaucoup plus élevée, par exemple 10 fois plus rapide que lorsque l'on met en œuvre un chauffage résistif ; de par le système inductif, on peut travailler dans un domaine de température pouvant aller au-delà de 1300K sans être contraint par la nature de la résistance de chauffage d'un système résistif classique ; on met en œuvre un chauffage inductif à distance, qui peut facilement être piloté en faisant varier la puissance délivrée par le générateur, la source de chaleur est utilisée de manière optimale car cette source de chaleur est constituée par le premier matériau tel que l'aluminium, jouant le rôle de suscepteur, placé généralement au centre du dispositif, et non par les parois du premier ou du deuxième récipient ; on contrôle facilement la zone de chauffe et les vitesses de brassage en fonction du choix de la fréquence et du courant de fonctionnement ; la possibilité de mettre deux phases en mouvement de part et d'autre d'une paroi ajourée permet d'envisager un système d'extraction / désextraction en continu par mise en contact d'un métal tel que l'aluminium, avec deux types de phase possédant les caractéristiques appropriées.

Les courants électriques induits générés dans le premier matériau à l'état solide provoquent la fusion du premier matériau, et la chaleur ainsi produite par la fusion du premier matériau tel que de l'aluminium permet dans un deuxième temps d'initier la fusion du deuxième matériau, constitué par des sels, en contact avec le premier matériau en fusion.

Le deuxième matériau, partiellement fondu, présente alors généralement une conductivité ionique suffisante, par exemple supérieure à 100 S. m ^-1 pour que ce deuxième matériau soit directement chauffé par couplage du champ magnétique et passe totalement à l'état liquide.

Outre le chauffage du premier et du deuxième matériaux, le champ magnétique induit des forces de Laplace qui sont à l'origine de la convection forcée au sein des deux matériaux à l'état liquide.

Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre facilement quelles que soient la nature et la température des premier et deuxième matériaux qui sont respectivement des métaux ou alliages et des sels. Le procédé selon l'invention peut être réalisé en une relativement courte durée, généralement inférieure à 1 heure, par exemple en seulement 10 minutes, car la mise en place du brassage permet d'atteindre l'équilibre thermodynamique en une faible durée .

En particulier, la durée suffisante de la mise en contact de l'étape h) peut être facilement déterminée par l'homme du métier dans ce domaine de la technique et est généralement de 2 à 10 minutes, et peut atteindre par exemple jusqu'à 1 heure.

Le procédé selon l'invention peut être réalisé aussi bien selon un mode de fonctionnement discontinu que selon un mode de fonctionnement continu. En effet, le principe de la séparation des phases liquides associé à une mise en mouvement des fluides par brassage électromagnétique permet d'envisager un fonctionnement du type « usine », en mode continu. De préférence, selon l'invention, la tension interfaciale du point triple : premier matériau à l'état liquide / deuxième matériau à l'état liquide / matériau solide de la paroi du premier récipient est élevée.

Par exemple, la tension interfaciale du point triple : premier matériau à l'état liquide / deuxième matériau à l'état liquide / matériau solide de la paroi du premier récipient est supérieure à 0,3 N.m ^-1 , de préférence supérieure à 0,6 N.m ^-1

En outre, avantageusement, le premier matériau à l'état liquide présente une tension superficielle supérieure à 0,3 N.m ^-1 , de préférence supérieure à 0,8 N.m ^"1 . Une telle tension superficielle élevée permet d'assurer le maintien du premier matériau à l'état liquide dans les récipients lors de leurs déplacements hors du deuxième matériau et d'éviter toute perte de liquide par écoulement capillaire hors des récipients.

Il est ainsi possible de travailler avec des ouvertures, orifices traversants, dont les dimensions caractéristiques sont de l'ordre du millimètre.

Avantageusement, ledit métal ou ledit alliage de plusieurs métaux est choisi parmi les métaux et alliages à caractère réducteur comme l'aluminium et ses alliages.

Avantageusement, le ou les sel (s) peut (peuvent) être choisis parmi les chlorures de métaux alcalins, les chlorures de métaux alcalino-terreux, et les chlorures d'aluminium comme par exemple LiCl, AICI3 ; et les fluorures de métaux alcalins, les fluorures de métaux alcalino-terreux, et les fluorures d'aluminium comme par exemple LiF, et AIF ₃ .

On pourra mettre en œuvre par exemple un mélange LÎC1/A1C13 ou un mélange LÎF/A1F3.

A l'issue de l'étape finale j) du procédé selon l'invention, on peut répéter les étapes b) à j), c'est- à-dire que l'on peut mettre le premier récipient en contact avec un volume d'un troisième matériau, constitué par un sel ou un mélange de plusieurs sels différent du deuxième matériau.

Le transfert (échange) de matière réalisé au cours de l'étape h) peut être toute opération de transfert de matière pouvant intervenir entre deux matériaux à l'état liquide, de préférence ledit transfert de matière entre le premier et le deuxième matériaux à l'état liquide est une extraction liquide/liquide au cours de laquelle l'un des constituants du deuxième matériau à l'état liquide passe dans le premier matériau à l'état liquide et/ou l'un des constituants du premier matériau à l'état liquide passe dans le deuxième matériau à l'état liquide .

En particulier, lorsqu'une extraction liquide/liquide est réalisée, ledit premier matériau peut être de l'aluminium ou un alliage d'aluminium et le deuxième matériau peut comprendre des sels de fluorures de métaux alcalins ou alcalino-terreux contenant du fluorure d'aluminium et dans lesquels se trouvent dissous un ou plusieurs fluorure (s) d' actinides et un ou plusieurs fluorure (s) de lanthanides ; et lors de l'étape h), lesdits fluorures d' actinides sont réduits chimiquement par contact avec l'aluminium ou l'alliage d'aluminium fondu en lesdits actinides (sous forme de métaux) qui passent par conséquent en solution dans le premier matériau à l'état liquide, tandis que les fluorures de lanthanides (non réactifs) restent dans le deuxième matériau à l'état liquide.

A l'issue de l'étape j), on peut alors répéter les étapes b) à j) en mettant en contact ledit ou lesdits premier (s) récipient (s) contenant l'aluminium ou l'alliage d'aluminium et les actinides (métaux) avec un volume d'un troisième matériau constitué par un ou plusieurs chlorures de métaux alcalins ou alcalino- terreux contenant du chlorure d' aluminium, moyennant quoi les actinides sont oxydés chimiquement par contact avec lesdits chlorures fondus en chlorures d' actinides qui passent dans le troisième matériau à l'état liquide (sous la forme oxydée de chlorures) ; et la réduction du chlorure d'aluminium permet de régénérer, récupérer, l'aluminium métal qui peut éventuellement être réutilisé pour un nouveau cycle d' extraction/désextraction.

Les étapes b) à g) du procédé de l'invention sont réalisées de préférence sous un vide primaire de 10 ^~2 à 10 ^_1 mbar absolus lors de la mise en contact des deux liquides ce qui garantit un contact « intime » entre les deux matériaux, notamment à l'état liquide, c'est-à-dire que ladite poche de gaz pouvant s'intercaler entre les deux phases est ainsi éliminée.

Puis l'étape h) du procédé selon l'invention est réalisée, de préférence sous une atmosphère de gaz inerte tel que l'argon, en évitant de préférence la présence d'humidité et d'oxygène, de préférence à une pression proche de la pression atmosphérique, afin notamment d'éviter 1 ' évaporation de sel fondu.

L'invention concerne, en outre, un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, tel qu'il a été décrit plus haut, ce dispositif comprend :

- un ou plusieurs premier (s) récipient (s) destiné (s) à recevoir un premier matériau à l'état solide ou liquide et comprenant des parois en un matériau solide réfractaire, non conducteur de l'électricité, transparent à un champ magnétique créé par au moins un inducteur, et non réactif vis-à-vis du premier et du deuxième matériaux, lesdites parois comprenant un ou plusieurs orifice (s) traversant ( s ) ; le premier matériau à l'état liquide étant non mouillant vis-à-vis dudit matériau solide des parois ;

un deuxième récipient destiné à recevoir un volume d'un deuxième matériau à l'état solide ou liquide, et comprenant des parois en un matériau solide réfractaire, transparent à un champ magnétique créé par au moins un inducteur, non conducteur de l'électricité, et non réactif vis-à-vis du deuxième matériau ;

- des moyens pour supporter le ou les premier (s) récipient (s) contenant le premier matériau afin de les mettre en contact avec ledit volume du deuxième matériau et de les retirer, ensuite, du volume du deuxième matériau ;

- des moyens, constitués par au moins un inducteur, situés à l'extérieur des parois du deuxième récipient, pour soumettre le (s) premier (s) récipient (s) et le deuxième récipient à l'action d'un champ électromagnétique .

Précisons que par matériau peu conducteur de l'électricité, on entend généralement un matériau ayant une conductivité électrique < 10 ^~3 S. m ^-1 .

Le dispositif selon l'invention possède tous les avantages, effets, liés à la mise en œuvre du procédé selon l'invention et qui ont été mentionnés plus haut.

Il est notamment simple, fiable, et il présente un minimum de pièces en mouvements pour un maximum d'efficacité. Sa consommation d'énergie est minimale.

II peut être conçu pour être facilement téléopérable afin d'être mis en œuvre dans les enceintes de confinement nucléaires, par exemple du type caisson blindé.

Le dispositif selon l'invention peut être conçu aussi bien pour un mode de fonctionnement du type discontinu, particulièrement bien adapté à de faibles quantités de matière, par exemple 100 à 200 g de métal fondu et de sels fondus, que pour un mode de fonctionnement du type contenu pour traiter des quantités plus importantes de matériaux.

Le fonctionnement du dispositif en continu nécessite de réaliser certaines adaptations de celui-ci qui sont à la portée de l'homme du métier.

Avantageusement, le ou lesdits premier (s) récipient (s) et le deuxième récipient sont en un matériau choisi parmi l'alumine, et le nitrure de bore.

Un matériau préféré est le nitrure de bore.

En effet, ce matériau est chimiquement inerte vis-à-vis des sels fondus et des métaux fondus tels que l'aluminium, en outre le nitrure de bore mouille peu l'aluminium.

Il possède également une perméabilité magnétique de 4. Π.10 ^-7 H. m ^-1 . qui procure une bonne transparence vis-à-vis des lignes de champ.

Avantageusement, lesdits orifices sont tels que détaillés dans le document [10] et ont une forme en section droite choisie parmi les cercles ; les polygones tels que les carrés, les rectangles, en particulier les rectangles dont le rapport longueur/largeur est élevé.

Une forme préférée pour lesdits orifices, notamment dans le cas où les premiers récipients sont des récipients cylindriques est celle de fentes pratiquées dans le fond desdits récipients et qui se prolongent le long des parois latérales desdits récipients .

Avantageusement, le (s) dit (s) premier (s) récipient (s) est (sont) un (des) cylindre (s) à section droite circulaire comportant des parois latérales et une paroi de base ou fond et de préférence la géométrie du fond du ou desdits premier (s) récipient (s) est arrondie afin d'éviter la présence de volumes morts autorisant une diffusion du deuxième liquide sous le premier liquide, en d'autres termes afin de limiter l'accumulation éventuelle du deuxième liquide.

Ou bien le (s) dit (s) premier (s) récipient (s) a (ont) une forme annulaire et de préférence la géométrie du fond dudit ou desdits premier (s) récipient (s) est arrondie.

Avantageusement, le deuxième récipient entoure le (s) premier (s) récipient (s) et le deuxième récipient est plus proche du ou des inducteur (s) que le (s) premier (s) récipient ( s ) .

Avantageusement, le deuxième récipient peut être un cylindre à section droite circulaire comportant des parois latérales et une paroi de base ou fond.

Avantageusement, le dispositif comprend un seul premier récipient, un seul deuxième récipient et au moins un inducteur qui sont symétriques par rapport à un même axe central vertical.

En d'autres termes, le dispositif possède une configuration axisymétrique . Le dispositif selon l'invention, peut ainsi comprendre un premier récipient cylindrique ou annulaire et un deuxième récipient cylindrique, le premier récipient et le deuxième récipient (ou plus exactement les parois latérales des deux récipients) étant concentriques et leurs axes principaux étant confondus .

L'inducteur est alors de préférence constitué par une ou des spire (s) circulaire ( s ) entourant la paroi latérale du deuxième récipient et concentrique ( s ) à celle-ci, l'axe principal de cette (ces) spire (s) étant confondu avec les axes principaux du premier et du deuxième récipients cylindriques.

Une telle géométrie du dispositif ou pyrocontacteur selon l'invention en deux récipients ou creusets concentriques permet de plonger le métal ou l'alliage dans le sel ou les sels.

Cette conception est intéressante du point de vue magnétique puisqu'elle permet ainsi de profiter de la pénétration de lignes de champ dans les deux milieux pour avoir une meilleure répartition de la puissance inj ectée .

Avantageusement, lesdits moyens pour supporter le (s) dit (s) premier (s) récipient ( s ) , les immerger dans ledit volume du deuxième liquide, et les retirer dudit volume de deuxième liquide peuvent comprendre une tige verticale à l'extrémité inférieure de laquelle est fixé un élément supportant le (s) premier (s) récipient ( s ) .

L'extrémité supérieure de la tige verticale se trouve de préférence dans une zone éloignée soumise à une faible action du champ électromagnétique afin d'en permettre la manipulation,

Avantageusement, ledit élément supportant le (s) premier (s) récipient (s) a la forme d'un carrousel ou barillet circulaire, comprenant un axe central situé dans le prolongement de ladite tige verticale, plusieurs premiers récipients étant disposés selon un cercle concentrique à l'axe central dudit carrousel ou barillet .

Avantageusement, le ou lesdits premier (s) récipient (s) est (sont) fixé (s) à l'élément support de récipient par une (des) clavette (s).

Avantageusement, ledit élément support des premiers récipients peut comporter en son centre une pièce de préférence de forme cylindrique faisant saillie vers le bas au-delà de la base desdits premiers récipients et permettant de maîtriser la profondeur d'immersion, de limiter le volume mort dans le récipient contenant le deuxième liquide.

Avantageusement, l'inducteur est constitué par une bobine à induction dont les spires sont placées au voisinage des parois du deuxième récipient et notamment de ses parois latérales lorsque celui-ci est cylindrique .

Avantageusement, l'inducteur est refroidi, par exemple à l'eau.

On peut ainsi obtenir un dispositif très compact car le refroidissement de l'inducteur, par exemple à l'eau, permet de limiter l'épaisseur des isolants thermiques, prévus autour des parois du deuxième récipient. Le refroidissement de l'inducteur permet en outre de limiter les contraintes thermiques imposées par un fonctionnement en caisson blindé.

L' invention va maintenant être décrite dans la description détaillée qui suit, notamment en relation avec des modes de réalisation particuliers, en référence aux dessins joints, dans lesquels :

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La Figure 1A est une vue latérale en coupe schématique d'un modèle d'un dispositif selon l'invention qui a été utilisé pour la modélisation du dispositif selon l'invention ;

La Figure 1B est une vue latérale en coupe schématique d'un modèle d'un dispositif selon l'invention utilisé pour la modélisation axisymétrique du dispositif selon l'invention ;

La Figure 2 est une vue latérale en coupe d'un mode de réalisation d'un panier ajouré du dispositif selon l'invention ;

Les Figures 3A et 3B sont des vues latérales en coupe d'un autre mode de réalisation d'un panier ajouré du dispositif selon l'invention ;

la Figure 4 est une vue latérale en coupe schématique qui représente l'angle de contact Θ du point "triple" défini entre le premier liquide (milieu 1), l'atmosphère gazeuse régnant dans le four tel que de l'argon et la paroi solide d'un des paniers ajourés au niveau d'une des fentes de ce panier ; - La Figure 5 est une vue latérale en coupe schématique qui représente l'angle de contact θ ' au point triple défini entre le premier liquide (milieu 1), le deuxième liquide (milieu 2) et la paroi solide d'un des paniers ajourés au niveau d'une des fentes de ce panier ;

La Figure 6 est un vue latérale en coupe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention tel qu'un pyrocontacteur ;

- La Figure 7 est une vue latérale en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention tel qu'un pyrocontacteur ;

La Figure 8 est une vue du récipient, panier ajouré du dispositif de la Figure 7 ;

- La Figure 9 est une vue en coupe verticale selon l'axe AA du récipient, panier ajouré de la Figure

8 ;

La Figure 10 est une vue en perspective tridimensionnelle du récipient, panier des Figures 8 et 9 ;

La Figure 11 est une vue latérale en coupe d'encore un autre mode de réalisation du dispositif ajouré selon l'invention tel qu'un pyrocontacteur, comprenant des paniers ajourés supportés par un barillet ou carrousel et immergés dans des sels fondus;

La Figure 12 est une vue de dessus du barillet, carrousel, du dispositif de la Figure 11 équipé de six paniers ajourés ;

- La Figure 13 est une vue en perspective du barillet, carrousel, du dispositif de la Figure 11 équipé de six paniers ajourés avec des ouvertures de géométries différentes ;

La Figure 14 est une vue latérale en coupe d'un dispositif, tel qu'un pyrocontacteur selon l'invention qui montre la forme des lignes du champ magnétique généré par l'inducteur.

La Figure 15 présente les résultats obtenus dans l'exemple 1, lors de modélisations axisymétriques d'un dispositif selon l'invention réalisées avec le modèle de la Figure 1B. Cette figure montre la modélisation des lignes de champ.

La Figure 16 est une photographie qui montre le brassage du sel fondu dans un dispositif selon l'invention lors des essais réalisés dans 1' exemple 2.

La Figure 17 est un schéma qui montre le mouvement de la surface du sel fondu photographié sur la Figure 16, en 1 seconde.

La distance ainsi parcourue est de l'ordre du cm.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Dans les figures, un même signe de référence désigne généralement le même élément.

Les Figures 1A et 1B illustrent de manière schématique le principe du procédé selon l'invention et un dispositif pour sa mise en œuvre.

Le dispositif représenté sur les Figures 1A et 1B comprend tout d'abord un inducteur (1) .

Sur les Figures 1A et 1B, cet inducteur (1) est constitué par une bobine à induction comprenant un certain nombre de spires (2), cet inducteur étant relié à un générateur (non représenté) .

L' inducteur peut comporter de 1 à 12 spires

(2) .

Ainsi, à titre d'exemple, l'inducteur représenté sur les Figures 1A et 1B comporte 6 spires, le nombre, la taille, et la forme des spires ainsi que l'intensité et la fréquence du courant alternatif du courant parcourant ces spires peuvent être facilement déterminés par l'homme du métier en fonction notamment de la forme des lignes de champ magnétique et de l'intensité du champ magnétique souhaitée qui peut aller de 10 ^~6 à 10 ^~3 Wb , ainsi que du volume des creusets et des métaux et sels mis en œuvre.

A titre d'exemple, l'intensité du courant parcourant les spires peut aller de 100 à 3000 A. Tour ou spire et sa fréquence peut aller de 20 à 400 kHz.

Le dispositif représenté sur les Figures 1A et 1B comprend en outre un récipient, creuset (3) , qui est placé à l'intérieur dudit inducteur (1) .

Ce récipient, creuset (3) , est destiné à recevoir un deuxième matériau (4), constitué par un sel ou un mélange de plusieurs sels. Ces sels peuvent être notamment des chlorures ou des fluorures fondus, par exemple du fluorure de Lithium LiF.

Ce creuset (3) est généralement en un matériau non conducteur de l'électricité, transparent aux ondes électromagnétiques émises par l'inducteur (1), non réactif vis-à-vis du deuxième matériau notamment vis-à- vis du deuxième matériau à l'état liquide, et réfractaire . Par réfractaire, on entend que ce matériau peut être mis en contact avec le sel ou les mélanges de sels à l'état fondu à haute température sans subir de dégradations .

Par exemple, ce creuset (3) peut être en un matériau qui peut résister à des températures supérieures à 800K, et pouvant aller jusqu'à 1200K.

Ce creuset peut être par exemple en nitrure de bore, par exemple en nitrure de bore dit de « grade HP ou HIP », ou en alumine.

Le deuxième matériau (4), à l'état liquide, à savoir le ou les sel (s) fondu (s) s'élève généralement jusqu'à un niveau (5) représenté sur les Figures 1A et 1B, dans le creuset. Sur les Figures 1A et 1B, le creuset (3) a une forme de cylindre droit dont la paroi latérale est entourée par l'inducteur et est concentrique aux spires de celui-ci.

Le dispositif selon l'invention comprend selon la représentation schématique des Figures 1A et 1B, un ou plusieurs panier (s), récipient ( s ) , creuset (s) ajouré (s), perforés (6) (sur les Figures 1A et 1B, les perforations n'ont pas été représentées) qui contient (contiennent) le premier matériau (7) constitué par un métal ou plusieurs métaux, ce premier matériau lorsqu'il est à l'état liquide rentre en contact avec le deuxième matériau (4) également à l'état liquide contenu dans le creuset.

Le panier, creuset ajouré (6), comme cela est montré sur la Figure 2, peut avoir une forme généralement cylindrique, généralement à section droite circulaire, avec un sommet ouvert (8), et leur paroi inférieure ou fond (9) est pourvue de préférence d'un usinage arrondi intérieur (10) qui évite tout volume mort, et par conséquent l'accumulation du deuxième liquide .

En d'autres termes, le raccordement entre les parois latérales (11) du panier (6) et le fond (9) de celui-ci se fait par l'intermédiaire d'une partie de paroi arrondie (10) .

Les paniers ajourés peuvent cependant aussi être fermés dans leur partie haute afin d'éviter toute contamination du liquide qui s'y trouve contenu jusqu'à un niveau (12), tel qu'un métal fondu, par les vapeurs et les condensats provenant de la deuxième phase liquide de sels fondus contenue dans le creuset « inférieur ».

La fermeture du ou des panier (s) peut également être réalisée par solidification, en partie supérieure, du premier matériau à l'état liquide contenu dans le panier .

La paroi et le fond des paniers sont, conformément à l'invention, constitués d'un matériau inerte et non réactif vis-à-vis des deux matériaux, en particulier des deux matériaux à l'état liquide.

Ce matériau qui constitue les paniers est en outre, conformément à l'invention, réfractaire, non conducteur de l'électricité, et transparent aux ondes électromagnétiques émises par l'inducteur (1).

Par réfractaire, on entend que ce matériau peut être mis en contact aussi bien avec le métal ou le mélange de métaux, qu'avec le sel ou les mélanges de sels à l'état fondu à hautes températures sans subir de dégradations .

Par exemple, le (s) panier (s) (6) peut (peuvent) être en un matériau qui peut résister à des températures supérieures à 1000K et pouvant aller jusqu'à 1500K.

Le panier (6) peut être par exemple en nitrure de bore, par exemple en nitrure de bore dit de « grade HP » (« High Pressure » en langue anglaise) ou de « grade HIP » (« High isostatic Pressed ») , ou en alumine .

La condition de faible mouillabilité du matériau qui constitue les paniers par le premier matériau à l'état liquide 1 (contenu), exprimée par un angle Θ supérieur à 90°, doit bien sûr être respectée.

Conformément à l'invention (Figure 2), les parois (y compris le fond) du panier sont pourvues d'orifices, ouvertures (13), au niveau desquels se produit le contact, sans mélange, entre la première phase liquide contenue à l'intérieur des paniers, perforés, percés, ajourés et la deuxième phase liquide qui se trouve à l'extérieur de ces paniers dans le creuset .

Le nombre, la position, la géométrie et la taille des ouvertures (13) du ou des panier (s) peuvent être modifiés pour permettre notamment un ajustement de la surface de contact entre les deux milieux liquides. Par exemple, ces modifications peuvent améliorer la cinétique d'échange d'un procédé d'extraction liquide/liquide. D'autres modifications géométriques peuvent être apportées pour limiter la rétention des liquides dans les paniers ajourés, au niveau de leurs ouvertures, lors des opérations de changement de milieu lors des étapes d'extraction et de désextraction .

Dans le cas notamment des paniers cylindriques, les ouvertures peuvent avoir, en section, la forme de cercles, de carrés, de polygones tels que des rectangles, de préférence de rectangles allongés c'est- à-dire de fentes ; ces ouvertures peuvent être prévues aussi bien sur les parois latérales que sur les fonds des récipients tels que des cylindres.

Diverses formes que peuvent revêtir ces orifices, ouvertures (13) sont visibles sur les Figures 11, 12, et 13 où les six paniers portés par le carrousel présentent chacun des ouvertures de formes différentes en nombres différents.

Il est à noter que le dispositif à carrousel des figures 11, 12, et 13 n'est pas le mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention et que ces figures sont simplement données notamment pour montrer les diverses formes que peuvent revêtir les orifices des paniers. Un ou plusieurs des paniers représentés sur ces Figures peuvent, quant à eux faire partie d'un dispositif selon l'invention quel qu'en soit le mode de réalisation et en constituer alors le ou les deuxième (s) récipient ( s ) .

En effet dans le cas où plusieurs paniers sont mis en œuvre, tous les paniers peuvent présenter des ouvertures de tailles et/ou de formes différentes et/ou en nombres différents, ou bien deux ou plus parmi les paniers peuvent avoir des ouvertures de tailles et/ou de formes identiques et/ou un même nombre d'ouvertures. Il est évident que tous les paniers peuvent avoir des ouvertures de même forme, de même taille, et en un même nombre dans un souci de facilité de manipulation et de déplacement.

Lorsqu'un seul panier est mis en œuvre, ce panier peut présenter des ouvertures de tailles et/ou de formes différentes comme celles représentées sur les figures 11, 12, et 13, ou bien deux ou plus parmi les paniers peuvent avoir des ouvertures de tailles et/ou de formes différentes ou bien deux ou plus parmi les paniers et de préférence tous les paniers peuvent avoir des ouvertures de tailles et/ou de formes identiques.

Par exemple, pour ce qui est de la taille des ouvertures dans le cas de paniers cylindriques, par exemple d'une hauteur de 100 mm et d'un diamètre de 21,5 mm, les ouvertures circulaires auront un diamètre de 1 mm et les fentes auront une longueur de 19 mm et une largeur de 1 mm.

Parmi les nombreuses géométries possibles, la forme des ouvertures des paniers représentés sur la Figure 2 qui sont constituées par des fentes, fenêtres (13) ajourées d'une largeur par exemple de 1 mm débutant dans la paroi de base du panier à un intervalle par exemple de 0,8 cm du bord et allant par exemple jusqu'à 15 mm de hauteur sur la paroi latérale (11) (pour des paniers en forme de cylindre ayant par exemple une hauteur de 100 mm et un diamètre de 21,5 mm), permet une évacuation des bulles de gaz lors de la mise en contact des deux milieux fondus sous atmosphère contrôlée. Cette configuration particulière des ouvertures présente une amélioration par rapport à des paniers ajourés présentant des ouvertures de forme simple comme des cercles.

Une autre géométrie possible, pour les ouvertures des paniers est représentée sur la Figure 3 (A et B) . Le panier de la figure 3 reprend la géométrie des fentes, fenêtres (13) de la figure 2 et comporte en outre des fentes, fenêtres (14) sur la paroi latérale entre les parties des fentes (13) qui se trouvent sur ces parois latérales.

La géométrie des ouvertures des paniers représentée sur la figure 3 permet d' augmenter la surface de contact d'un facteur 3 par rapport à la géométrie des ouvertures représentée sur la figure 2.

La mise en œuvre du procédé selon l'invention, est facilitée lorsque l'un des deux matériaux à l'état liquide, de préférence celui qui se trouve à l'intérieur des paniers ajourés possède une forte valeur de tension superficielle à savoir une tension superficielle supérieure à 0,3 N.m ^-1 , c'est le cas par exemple de l'aluminium fondu à 933K [11] qui possède une valeur de tension superficielle de 0,87 N.m ^-1 .

Rappelons que la tension superficielle est celle qui règne à la surface du liquide ou plutôt à l'interface entre ledit liquide et l'atmosphère gazeuse régnant dans le four.

Elle est définie comme la force qu' il faut appliquer à l'unité de longueur le long d'une ligne perpendiculaire à la surface d'un liquide en équilibre pour provoquer l'extension de cette surface, ou comme le travail exercé par cette force par unité de surface. L'unité de tension superficielle (N.m ^-1 ) est équivalente à des joules par mètre carré (J.rn ^-2 ) , qui correspondent à une unité d'énergie de surface.

Une telle caractéristique est importante car elle permet de conserver le premier liquide dans les paniers, sans aucune perte, écoulement, lors des déplacements des paniers (par relevage avec la tige décrite plus bas) dans l'atmosphère par exemple d'argon du four entre les immersions dans les différents milieux liquides, tels que des sels fondus, utilisés pour réaliser par exemple les étapes d'extraction des actinides présents dans les solutions de fluorures, suivies respectivement de la désextraction en milieu chlorures fondus.

La hauteur hydrostatique maximale correspond à la hauteur maximale de la colonne du premier liquide qui peut être reçue dans un panier ajouré mis en œuvre selon l'invention, cette hauteur hydrostatique est notamment fonction de la géométrie des orifices, ouvertures de ce panier.

Comme décrit dans le document [10], on peut calculer la hauteur hydrostatique maximale dans deux cas : le premier est celui où les paniers sont relevés, non immergés et où le premier liquide ou liquide "1" tel que de l'aluminium fondu qui se trouve contenu dans ces paniers est en contact avec le gaz tel que l'argon constituant l'atmosphère du four.

Le second cas est celui où les paniers ajourés sont en contact avec le deuxième (ou le troisième) matériau à l'état liquide tel que des sels fondus. Cette hauteur hydrostatique maximale peut être calculée dans le premier cas à l'aide d'une équation de Young-Laplace que l'on peut qualifier d'équation de Young-Laplace simplifiée, où l'on fait intervenir la tension superficielle à la surface du liquide ou plutôt à l'interface entre le liquide "1" contenu dans le panier tel que de l'aluminium fondu et l'atmosphère gazeuse régnant dans le four lors des étapes de relèvement et de déplacement des paniers. Cette atmosphère est constituée par exemple d'un vide primaire ou d'Argon (Figure 4) .

L'équation de Young-Laplace simplifiée est donnée ci-après [12] (Equation n°l) :

2 γ ,

P-g-h = —- . cosB (Equation n°l) r avec :

p : Masse volumique du premier liquide en Kg. m ^-3 , g : 9,81 m. s ^"2 ,

h : Hauteur du liquide en m,

γ : Tension superficielle du liquide N.m ^-1 (ou J.rn ^-2 ) , r : Rayon du capillaire ou distance entre deux plaques parallèles ,

Θ : Angle de contact de l'interface liquide avec la paroi solide (plaques parallèles ou capillaires selon la forme des ouvertures) .

L'équation n°l permet de dimensionner des ouvertures de paniers ajourés permettant de contenir différentes hauteurs, de premier matériau à l'état liquide par exemple d'aluminium fondu, sans contre pression d'un deuxième matériau à l'état liquide tel qu'un sel fondu.

Des exemples de calculs de hauteurs "h" d'équilibre sont repris dans le Tableau n°l ci-après pour différentes géométries d'ouverture du panier pour de l'aluminium avec :

p Al: 2700 Kg. m ^"3 ,

g : 9,81 m. s ^"2 ,

h : Hauteur maximale du liquide en équilibre (calculée) ,

γ : 0.87 de N.m ^"1 (ou J.m ^"2 ) [12],

r : Rayon du trou ou distance entre plaques parallèles, Θ : 160° (angle de contact Al/ nitrure de bore) à la température de 1100K sur du nitrure de bore ([14], J. Mater Sci 2007) ) :

Tableau n°l

Les valeurs de hauteurs reprises dans le Tableau n°l ont été calculées à l'aide de l'équation n 1.

Ici, seule la valeur absolue de "h" est importante, ce qui permet d'envisager de travailler avec des colonnes de liquides (Al fondu) comprises entre 3 et 12 cm.

En effet, le calcul analytique donne des valeurs négatives de "h" car l'aluminium ne mouille pas le nitrure de bore. Pour le système aluminium/nitrure de bore, ces résultats doivent être considérés comme des valeurs guides. En effet, l'angle de contact entre l'aluminium et la céramique BN peut diminuer lorsque la température de fonctionnement dépasse 1100 K ([14], J. Mater Sci 2007) .

Dans ces conditions le BN réagit avec l'Ai pour former de ΙΆΙΒ ₂ et de l'AIN qui dégradent les propriétés de non-mouillabilité . Il est donc conseiller de travailler dans un domaine de température < 1100 K.

Si l'on se place dans le deuxième cas, lorsque les paniers contenant le premier liquide tel que de l'Aluminium fondu sont en contact avec un deuxième (ou troisième) matériau à l'état liquide tel qu'un bain de sels fondus, la propriété de tension interfaciale métal/sel/solide remplace la propriété de tension superficielle métal/gaz/solide.

La nouvelle valeur de l'angle de contact θ ' , à prendre en compte pour le calcul, doit également concerner ce nouveau point triple comme cela est représenté sur la Figure 5.

Enfin, il est nécessaire de faire un bilan des pressions hydrostatiques au niveau du point triple selon l'équation n°2, ci-après :

2.γ

p ₂ .g.h ₂ - p ₁ .g.h ₁ = ^{' 12} .cos9' (Équation n°2)

e avec :

p : Masse volumique en Kg. m ^-3 (pi = 2700 par exemple pour Al, p ₂ # 2700 par exemple pour le sel fondu) , g : 9.81 m.s ,

h : Hauteur du liquide en m (hi = par exemple Al, h ₂ = par exemple sel fondu) ,

Ji2 : Tension interfaciale par exemple sel/métal/support solide, en N.m ^-1 (ou J.rn ^-2 ) ,

e : Rayon du capillaire ou distance entre deux plaques parallèles (m) ,

θ' : Angle de contact de l'interface liquide avec la paroi solide (plaques parallèles ou capillaires) .

Dans le cadre de la mise un œuvre d'un système

Aluminium/fluorures fondus, on a pi # p2 # p, en prenant .2 = hi+Δη, l'équation n°2 devient :

Ah = - . cos G ' (Équation n°3)

P -g-e

Dans le cas présenté ci-dessus, il est possible de calculer la hauteur hydrostatique limite d'aluminium contenu dans les paniers ajourés en fonction de chaque géométrie d'ouverture. Quelques exemples sont repris par le tableau n°2, ci-après, en prenant une valeur γι ₂ de 0,72 N.m ^-1 (à 1000K) avec un angle de contact "θ'" de 180° [13] au point triple aluminium / (L1F/AIF ₃ ) / Alumine solide. Des exemples de calculs de hauteur d'équilibre sont repris dans le tableau n°2, ci- dessous :

Tableau n 2 : Effet de la géométrie d'ouverture sur la hauteur hydrostatique limite Concernant l'utilisation pour un matériau donné, il convient de prendre le meilleur compromis entre la hauteur hydrostatique, c'est-à-dire la quantité de matière à traiter, et la surface d'échange des paniers ajourés, c'est-à-dire l'efficacité du transfert .

De même, lors de l'avancement de l'extraction, si la mise en contact consiste en une extraction, il est observé des modifications de la masse volumique du liquide (due au transfert de matière) contenu dans les paniers. Ce phénomène doit être pris en compte pour le dimensionnement des ouvertures des paniers ajourés.

Sur le schéma de principe des Figures 1A et 1B utilisé pour la modélisation du dispositif et du procédé selon l'invention, on n'a pas représenté l'élément ou pièce support, en d'autres termes le système de maintien et de levage du ou des panier (s) contenant le premier matériau tel que de l'aluminium car ce système n'a aucune influence sur les propriétés électromagnétiques .

En effet, le ou les panier (s) ajouré (s) perforé (s) est (sont) donc généralement fixé (s) à un élément ou pièce support qui permet de le (s) mettre en contact avec le deuxième matériau ou le troisième matériau et de les sortir ensuite du deuxième matériau ou du troisième matériau à l'état liquide. Le matériau support est sans effets sur les lignes de champ.

Ainsi sur la Figure 6, on a représenté un mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel le creuset (3) contenant le deuxième matériau (4), à savoir le ou les sel (s) , a la forme d'un cylindre droit à section droite circulaire, avec une base (15) et une paroi latérale (16), ce creuset est pourvu d'un couvercle (17) .

Le panier, creuset, ajouré (6) contenant le premier matériau (7), tel que de l'aluminium, est placé à l'intérieur dudit creuset.

Ce panier (6) a la forme préférée décrite plus haut, à savoir une forme généralement cylindrique, généralement à section droite circulaire avec une paroi inférieure ou fond (9) pourvue d'un usinage arrondi inférieur (10) . Sur la Figure 6, le panier est pourvu d'un couvercle (18).

Le dispositif représenté sur la Figure 6 comporte, en outre, un élément ou pièce support, en d' autres termes un système de maintien et de levage du panier ajouré.

Ce système comprend une tige verticale (19) dont une extrémité (20) est solidaire d'une pièce horizontale (21) fixée à la paroi latérale (11) du panier et dont l'autre extrémité (22) est reliée à un dispositif d ^x actionnement (non représenté) qui permet de descendre et de relever le panier (6) .

L'inducteur (non représenté) est placé à l'extérieur du creuset (3) et les spires généralement circulaires de l'inducteur entourent généralement la paroi latérale du creuset (3) comme dans le dispositif de la figure 7.

En d'autres termes, les spires de l'inducteur, la paroi latérale du creuset (3) et la paroi latérale du panier (6) sont concentriques. Sur la Figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel le panier ajouré (6) contenant par exemple l'aluminium (7) se présente sous la forme d'un récipient annulaire (23) fixé à une tige (24) par l'intermédiaire d'un barreau ou d'une goupille métallique positionnée dans une zone de champ ne risquant pas de l'échauffer.

Le deuxième matériau à l'état liquide (4) est donc en contact avec le premier matériau (7), sur la paroi extérieure (25) du panier annulaire ainsi que sur la paroi intérieure (26) de celui-ci.

Le mode de réalisation du dispositif selon l'invention représenté sur la Figure 7 présente donc l'avantage d'une surface d'échange accrue.

Sur la Figure 7, on a également représenté l'inducteur (1), qui est placé à l'extérieur du creuset (3) et qui se présente sous la forme de spires circulaires (2) entourant le creuset et alimentées par un câble (29) relié à un générateur (non représenté) .

Le panier, récipient, annulaire ajouré (22) du dispositif de la figure 7 est représenté de manière plus précise sur les Figures 8, 9, et 10.

Ce panier, récipient ajouré (23) peut être constitué en un seul bloc de nitrure de bore usiné dans la masse, il propose cinquante fenêtres de contact (27) côté paroi extérieure (25) et 19 fenêtres ajourées (28) côté paroi intérieure (26).

Cet équipement "monolithique" évite d'assembler des pièces soumises à de forts champs de température. Ce mode de réalisation du dispositif selon l'invention est sensiblement analogue au mode de réalisation du dispositif de la demande [10] WO-A1-2008/080853 décrit sur les Figures 1 à 3 de cette demande, à la différence fondamentale, toutefois, que le dispositif selon l'invention est pourvu d'un inducteur (non représenté) et que les matériaux du creuset et des paniers sont choisis de manière à être transparents au champ magnétique généré par l'inducteur. Il est à noter que le mode de réalisation du dispositif selon l'invention montré sur les figures 11, 12, et 13 n'est pas le mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention qui doit de préférence être axisymétrique .

Cependant un ou plusieurs des paniers représentés sur ces Figures 11, 12, et 13 peuvent être pris séparément pour faire partie d'un dispositif selon l'invention quel que soit le mode de réalisation et en constituer alors le ou les deuxièmes (s) récipient (s) .

Le dispositif selon l'invention dans la forme de réalisation de la Figure 11 comprend tout d'abord un récipient, creuset (3) destiné à recevoir le deuxième matériau (4) qui est constitué par un sel ou plusieurs sels mélangés. Le deuxième matériau lorsqu'il est liquide s'élève jusqu'à un niveau (5) .

Le creuset (3) se présente généralement sous la forme d'un cylindre droit à section circulaire avec une paroi latérale et un fond. Le dispositif de la Figure 8 comporte un inducteur qui comprend généralement des spires circulaires qui entourent la paroi latérale du creuset (3) et qui sont concentriques à celle-ci. Le dispositif selon l'invention dans la forme de réalisation de la Figure 11 comprend en outre plusieurs paniers ajourés, perforés (6) déjà décrits plus haut qui contiennent le « premier » matériau à l'état solide puis à l'état liquide (7) qui doit entrer en contact avec le deuxième matériau à l'état liquide (4) contenu dans le creuset (3) .

Ces paniers (6) ajourés, perforés, sont fixés à un élément support, que l'on peut nommer carrousel ou barillet (30) .

Sur les Figures 12 et 13, le carrousel, barillet (30) supporte six paniers, ajourés, perforés (6) mais il est bien évident qu'un nombre différent de paniers, supérieur, ou inférieur peut être prévu.

Un tel carrousel pourra supporter par exemple de 1 à 6 panier (s), il convient alors de remplacer le ou les panier (s) non utilisé (s) par un nombre correspondant de paniers en matériau plein (Nitrure de bore, alumine, ...) afin de conserver des hauteurs de liquides et des surfaces d'échanges bien maîtrisées.

Le carrousel, barillet, (30) support de paniers comprend également une partie ou pièce centrale (31) qui sur la Figure 11 est représentée immergée dans le deuxième liquide tel qu'un sel fondu placé à l'intérieur du creuset. Cette pièce centrale (31), généralement de forme cylindrique, fait saillie au-delà de la base des récipients, paniers (6) .

Le système de barillet, carrousel, illustré permet de changer rapidement le type et la nature des paniers ajourés dont chacun est supporté par une simple clavette . La partie, ou pièce, centrale (31) du carrousel (30) est évidée (32) et peut recevoir éventuellement un thermocouple et/ou un pont thermique.

Une tige métallique (33) peut ainsi être placée à ces fins dans cette partie centrale évidée (32) du carrousel, barillet (30).

La partie pièce centrale du support de paniers ajourés, ou barillet ou carrousel (30) est donc immergée dans le « second » liquide tel que des sels fondus afin de provoquer un refroidissement local du liquide, de quelques degrés.

La pièce centrale (31) immergée présente également l'intérêt de diminuer le volume « mort » dans le creuset contenant le deuxième liquide tel que des sels fondus. Une telle conception permet d'obtenir un rapport du volume des paniers ajourés sur le volume du creuset proche de 1.

La pièce centrale (31) permet en outre de réaliser une butée de sécurité et de maîtriser le positionnement en hauteur du carrousel dans le système en température, c'est-à-dire dans le système porté à la température de travail qui est notamment une température assurant la fusion des phases métal et sels de chacun des liquides respectifs.

La modification de la géométrie de la partie centrale immergée (31) permet de changer le rapport volumique ou massique des phases en contact et d'optimiser les conditions de fonctionnement du procédé . A titre d'exemple, la partie centrale immergée (31) du barillet ou carrousel peut présenter une géométrie en étoile ou une géométrie en polygone.

L'ensemble constitué par le barillet, carrousel et les paniers ajourés est maintenu dans la tige (33) à l'aide de goupilles.

La partie haute du carrousel pénètre dans l'espace annulaire de la tige (non métallique) (33) et (34) et est ainsi maintenu en position fixe.

La tige, que l'on peut qualifier de tige de levage, et qui équipe le four, tel qu'un four puits, dans lequel est placé dans le dispositif selon l'invention permet de relever et de déplacer le carrousel et les paniers qui lui sont fixés pour la mettre en contact avec des milieux différents, par exemple différents sels ou mélanges de sels solides puis fondus.

La tige de maintien (33) (34) de l'ensemble formé par le barillet et les paniers peut être reliée à un système de rotation déporté, qui permet ainsi un brassage dynamique du milieu liquide contenu dans le creuset. La mise en œuvre d'un tel brassage augmente encore l'efficacité de l'appareil.

Le creuset où se trouve le deuxième liquide, tel que des sels fondus, peut être fermé à sa partie supérieure par un couvercle isolant (17) . Ce couvercle (17) est traversé par une tige double enveloppe vue en coupe suivant (33) et (34) . A la traversée du couvercle sont prévus des trous (35) de fixation sur l'enveloppe extérieure de la tige (34) qui permettent le positionnement en hauteur, à l'aide de clavettes, de l'ensemble du carrousel du pyrocontacteur.

Le dispositif selon l'invention tel que décrit par exemple sur les Figures 1A, 1B, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 peut fonctionner selon un mode discontinu particulièrement bien adapté à une utilisation en caisson blindé avec de faibles quantités de matières (par exemple 100 à 1000 g de sels fondus et de métal fondu) . La mise en œuvre de quantités plus importantes pourra toutefois être possible à condition de réaliser les adaptations permettant un fonctionnement en continu .

Le procédé et le dispositif selon l'invention tels que décrits plus haut, par exemple les dispositifs tels que décrits sur les Figures 1A, 1B, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 peuvent être mis en œuvre pour réaliser toute opération de transfert de matière entre deux liquides .

Cette opération peut notamment être une opération d'extraction liquide/liquide et plus particulièrement une opération d'extraction liquide/liquide à haute température. On parlera alors d'un procédé pyrométallurgique et l'appareil selon l'invention sera alors dénommé pyrocontacteur.

Ce procédé pyrométallurgique et cet appareil pyrocontacteur trouvent leur application notamment dans le domaine du retraitement du combustible nucléaire usé .

Ainsi, le pyrocontacteur permet l'extraction groupée d'actinides contenus dans une solution de fluorures fondus tels que LÎF/A1F3. La mise en contact entre les sels fondus par exemple LÎF/A1F3 et les paniers ajourés, contenant un métal fondu tel que de l'aluminium fondu, permet de réduire chimiquement les actinides initialement sous leur forme fluorure en leur forme métallique et de les récupérer dans la phase aluminium.

Le temps de contact entre les deux phases liquides est généralement de 1 minute à 1 heure de préférence de 2 minutes à 45 minutes, par exemple.

Le pyrocontacteur évite le mélange des phases salines et métalliques. A l'équilibre thermodynamique des deux phases liquides, il est alors possible de relever le contacteur contenant le matériau 1 (métal fondu) pour le positionner dans un second milieu salin (troisième liquide) permettant l'étape de désextraction des actinides, par exemple un milieu LiCl / AICI3.

Suite à ce deuxième contact, le pyrocontacteur peut à nouveau être positionné dans le bain de sels de départ contenant une nouvelle charge de combustible à retraiter.

Le liquide tel que l'aluminium placé dans les paniers ajourés peut être recyclé à l'issue de l'étape de désextraction. Ainsi, le système de paniers agit comme une pompe "chimique" car le composé extractant n'est jamais consommé dans le procédé. Cette pompe "chimique" permet d'extraire et de restituer un ou plusieurs composé (s) en solution sans utiliser un champ de pesanteur ou d'accélérations comme c'est le cas lors de la mise en place d'une décantation ou d'une centrifugation pour séparer les phases mises en contact. Cette caractéristique facilite la mise en œuvre de l'extraction et représente un réel intérêt pour des procédés à haute température.

On décrit maintenant dans ce qui suit le principe de fonctionnement du dispositif de la Figure 1A ou 1B, afin de mettre en œuvre le procédé selon l'invention. Une description analogue pourrait être faite pour les dispositifs des Figures 6, 7, et 8 à 13.

On place tout d' abord le premier matériau à l'état solide (7) dans au moins un premier récipient (6) à savoir au moins un panier ajouré tel que décrit plus haut.

Le premier matériau peut être un métal tel que l'aluminium, ou un mélange ou alliage de plusieurs métaux .

Le premier matériau à l'état solide peut se présenter sous la forme d'un seul bloc monolithique ou sous la forme de plusieurs blocs, morceaux, ou encore sous la forme de particules telle qu'une poudre.

On met en contact ledit premier récipient (6) avec un volume du deuxième matériau à l'état solide (4) placé dans au moins un deuxième récipient (3) , à savoir un creuset tel qu'il a été décrit plus haut.

Le deuxième matériau (4) peut être un sel ou un mélange de sels.

Tout comme le premier matériau, le deuxième matériau à l'état solide (4) peut se présenter sous la forme d'un seul bloc monolithique ou sous la forme de plusieurs blocs, morceaux, ou encore sous la forme de particules telle qu'une poudre.

Généralement, la mise en contact du premier récipient (6) avec le volume du deuxième matériau (4) consiste simplement à poser le premier récipient (6) sur le deuxième matériau (4) à l'état solide.

Le générateur qui alimente l'inducteur (2) est mis en marche et le courant électrique alternatif qui circule dans l'inducteur génère un champ magnétique.

La forme des lignes de champ magnétique (36) est représentée sur la Figure 14.

L'utilisation de matériaux transparents aux ondes électromagnétiques générés par l'inducteur pour le creuset (3) et pour le ou les panier (s) ajouré (s) (6) assure une pénétration des lignes de champ jusqu'au métal, tel que l'aluminium, contenu dans le ou les panier (s) ajouré (s).

Le champ magnétique provoque des courants induits dans le matériau le plus conducteur qui est en l'occurrence le métal ou l'alliage contenu dans le ou les panier (s) ajouré (s) et qui joue donc le rôle de suscepteur du système.

La dissipation de l'énergie par effet Joule permet la fonte du métal ou de l'alliage.

Le métal tel que l'aluminium ou l'alliage fondu est mis en mouvement sous l'action des forces de Laplace .

Le ou les sel (s) commence (nt) à fondre du fait de l'élévation de température causée par l'apport de chaleur par convection et rayonnement en provenance du métal en fusion tel que l'aluminium ou de l'alliage en fusion .

Le début de fonte du milieu salin et l'apparition d'une conductivité ionique dans ce milieu permet de générer des courants induits dans le sel ou le mélange de sels. L'effet Joule ainsi provoqué augmente la vitesse de fonte du milieu salin.

Du fait de cette fonte, le ou les panier (s) ajouré (s) descend (ent) dans le milieu salin par simple gravité ou bien automatiquement ou manuellement à l'aide d'un système tel qu'il a été décrit plus haut.

Un brassage électromagnétique du milieu salin (4) se produit lors de la fonte de ce milieu, là-encore sous l'action des forces de Laplace.

On a vu plus haut que le dispositif ou pyrocontacteur selon l'invention se caractérise par la double utilisation surprenante des propriétés de 1 ' électromagnétisme dont les lois de conservation de l'énergie permettent l'association d'un effet thermique (chauffage) avec un aspect mécanique des fluides (brassage) .

La création d'un champ magnétique par un courant alternatif, à partir des inducteurs (2), est décrite par la loi de Faraday exprimée par l'équation n°4 ci-dessous, dans laquelle "H" représente le champ magnétique et J _{S 0U} rce la densité de courant :

V H = J source (Équation n°4)

Lorsque le champ magnétique créé par ce courant alternatif est mis en présence d'un milieu conducteur, comme par exemple un métal tel que l'aluminium ou un sel fondu, il engendre des courants induits dans ce milieu conducteur, conformément à la loi de l'induction exprimée par l'équation n°5 ci-dessous : VxE induit = (Équation n°5)

dt

où B représente l'induction magnétique et E _indU it le champ électrique induit.

Par ailleurs, la loi d'Ohm appliquée aux milieux conducteurs à chauffer, est exprimée par l'équation n°6 ci-dessous :

J induit — O .E i (Équation n°6) où Jinduit représente la densité de courant induit et o la conductivité électrique. Le courant induit dans le milieu métal tel que l'aluminium, et le milieu sel fondu, génère des sources de chaleur dues aux pertes par effet Joule.

Le mode de chauffage mis en œuvre selon l'invention utilise ces sources de chaleur. En présence d'un champ magnétique créé par les inducteurs et de courants induits dans l'aluminium ou le sel fondu, la force de Laplace Fi exprimée par l'équation n°7 ci-dessous, prend naissance : d ^F i ^{= 1} induit ^{dl x B} (Équation n° 7) avec :

H : champ magnétique en A. m ^-1 ,

Jsource : densité de courant source en A. m ^-2 ,

Einduit : champ électrique induit en V.m ^-1 ,

B : induction magnétique en T,

t : temps en s,

Jinduit : densité de courant induit en A. m ^-2 , σ : conductivité électrique en S.m ^~ , F _{ : force de Laplace en N, I induit '· courant induit en A, i : unité de longueur le long d'une boucle de circulation du courant I in _du i _t en m,

Les matériaux à chauffer étant liquides, ceux- ci se mettent alors en mouvement, ce phénomène est appelé brassage électromagnétique.

Il est possible de définir des conditions de fonctionnement permettant de travailler sur des épaisseurs de peau optimales pour le premier matériau à l'état liquide qui est un métal tel que l'aluminium fondu, ou/et pour le deuxième matériau à l'état liquide qui est un sel tel que le LiF fondu. Cette épaisseur de peau représente l'épaisseur de matériau recevant 2/3 des courants induits.

Par exemple, à 100kHz, l'épaisseur de peau dans l'aluminium est de seulement 0,87 mm alors qu'elle atteint 53 mm pour le sel fondu LiF qui est beaucoup moins conducteur.

Au niveau du système par induction, le courant contrôle directement l'amplitude des courants induits. Ainsi, l'intensité du courant source pilote les vitesses de brassage et le champ de température dans les milieux sels et métal tel qu'aluminium fondu. Dans le cas de l'utilisation d'un système à 6 spires, il est possible d'augmenter la température de 300K dans les deux milieux en augmentant le courant source de 530 A à 760 A (pour une fréquence de 100kHz) . Pour le milieu sel fondu, moins conducteur donc plus difficile à brasser, les vitesses de brassage calculées et mesurées sont de 0,7 mm/s à 50 kHz et 2 cm/s à 150 kHz 130A.tour A 150 kHz le champ de vitesse est donc 10 fois plus élevé que celui obtenu par simple convexion libre sous un gradient de température de 50 °C comme cela est détaillé dans le document [10].

Du côté du métal tel que l'aluminium, la vitesse de brassage attendue est de 7cm/s à 50 kHz et de 6cm/s à 150 kHz, 130 A. tour.

Dans le cas où il y a 6 spires, l'intensité est au total de 780 A.

Dans le cas d'un chauffage résistif, la vitesse de brassage par convection aurait été proche de zéro puisqu'il n'y a pas de gradient de température dans l'aluminium qui est un métal thermiquement très conducteur .

Si le milieu salin contient des actinides, le transfert des actinides du milieu salin fondu vers le métal fondu commence, au-travers de la paroi ajourée dès que les deux milieux sont liquides.

Une fois l'équilibre chimique atteint, le ou les récipient (s) ajouré (s) est (sont) sorti (s) du deuxième matériau à l'état liquide, par exemple relevé (s), et le système à induction est arrêté.

On peut ensuite répéter la même succession d'étapes pour réaliser par exemple la désextraction des actinides en mettant en contact le ou les panier (s) ajouré (s) qui contient (contiennent) le métal ou un alliage de métal solide avec un milieu salin spécifique .

L' invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif.

EXEMPLES .

Exemple 1 :

Dans cet exemple, on réalise la modélisation axisymétrique du fonctionnement d'un dispositif selon l'invention tel que représenté par le modèle de la Figure 1B comprenant un système à induction couplé à un dispositif à double creuset en nitrure de bore, comprenant un panier ajouré contenant de l'aluminium et un creuset contenant du LiF.

La modélisation a été réalisée au moyen de calculs à l'aide des logiciels Flux Expert ^® et Fluent/Ansys ^® .

Cette modélisation a permis de définir les conditions de fonctionnement permettant un bon compromis entre chauffage et brassage magnétohydrodynamique .

Les résultats obtenus lors de ces modélisations axisymétriques portent sur les lignes de champ en Wb (Figure 15) , le gradient de température en °K, et le champ de vitesse en m. s ^-1 .

L'utilisation d'un matériau en nitrure de bore (dont les spécificités comme la conductivité électrique etc. sont intégrées dans la modélisation) pour la conception des creusets, permet aux lignes de champ de pénétrer jusqu'à l'intérieur du système (Figure 15) . Le couplage sur l'aluminium, très conducteur, génère un champ secondaire qui s'oppose au champ qui lui a donné naissance. Ce phénomène explique la forme particulière des lignes de champ qui semblent être repoussées sur le bord du creuset intérieur.

Le gradient de température confirme le chauffage et la fonte du milieu à une température proche de 1300 K. Ce résultat est obtenu après environ une dizaine de minutes de chauffage. Toutefois, du point de vue pratique il est conseillé de travailler à une température plus basse (environ 1100K) pour garantir la stabilité du matériau en nitrure de bore vis à vis de l'aluminium ([14] J. Mater. Sci. (2007)), (([15] J. Mater. Sci (1991)). Enfin, la modélisation en mécanique des fluides indique l'existence d'un champ de vitesse d'une dizaine de cm/s dans l'aluminium et de l'ordre du cm/s à l'intérieur du creuset côté sels fondus. Exemple 2 :

Dans cet exemple, on réalise des essais pour valider expérimentalement en inactif les résultats des essais de modélisation exposés dans l'exemple 1 et sur la Figure 15, afin de mettre en évidence la fonte du métal et du sel associé à l'existence du brassage électromagnétique du sel fondu a pu être effectivement obtenu .

En effet, la faible valeur de conductivité du milieu "conductivité ionique" peut limiter la mise en place du mouvement de convection forcée, il convient donc de s'assurer de la validité du calcul sur un cas réel .

Le creuset contenant le sel a les mêmes dimensions (diamètre, hauteur) (que le système modélisé (Figures 1A et 1B) mis en œuvre dans l'exemple 1.

Pour faciliter l'observation du brassage du sel, le dispositif expérimental est modifié pour être équipée d'une tige en graphite de plusieurs mm de diamètre qui remplace le suscepteur en Al. Ce suscepteur permet d'initier la fonte du sel.

Le récipient ou creuset extérieur peut être soit en nitrure de bore « HP » (« High Pressure ») soit en nitrure de bore « HIP » (« Hot Isostatic Pressed ») .

Les expériences ont été réalisées à l'aide d'un système à induction constitué de 6 spires refroidies à l'eau et noyées dans du ciment pour garantir le confinement des matériaux fondus en cas de rupture d'un creuset.

Le générateur utilisé est une triode apériodique de puissance nominale de lOOkW et de tension nominale de 800 V efficace. Le générateur est relié à un système d'adaptation d'impédance. Cet ensemble est ensuite relié à l'inducteur solénoïdal en cuivre. Cet inducteur de diamètre 120mm et de 100mm de haut est composé de 6 spires de 10mm de diamètre externe et de 8mm de diamètre interne parcouru par de l'eau pour son refroidissement.

La validation du principe de fonctionnement a fait l'objet de deux essais.

Le premier essai a été réalisé en configuration aluminium et sel LiF. La vérification de la fonte des deux milieux (métal et sel) , a été réalisée en deux temps suivant le scénario suivant : mise en marche de l'induction, couplage sur l'Ai, fonte de l'Ai, fonte partielle du LiF par conduction thermique de la chaleur et rayonnement du creuset Al, couplage de l'induction sur le LiF partiellement fondu, fonte directe du LiF, maintien de l'ensemble fondu.

Les conditions expérimentales ont mis en contact 127 g d'Al et 700g de LiF. Pour des raisons de conception, la fréquence d'induction utilisée pour l'essai était de 10 kHz. Pour mémoire, cette fréquence n'est pas la plus adaptée pour le couplage sur le sel LiF car l'épaisseur de peau est de 15 cm ce qui est supérieur au rayon du creuset (60mm) . Néanmoins, dans ces conditions l'expérience a permis de constater la fonte totale du sel et de l'Ai en 2h30 et le maintien du sel et de l'aluminium à l'état fondu grâce à l'induction. La mise en place du creuset d'Al dans le creuset de sel empêche de mesurer le brassage électromagnétique .

Ainsi, un autre essai spécifiquement destiné à la mesure de la vitesse de brassage du sel a donc été réalisé à une fréquence de 100kHz. L'expérience a consisté à remplacer le panier en Al par un suscepteur en graphite pour initier la fonte du sel. Dans ces conditions il a été possible de refondre un bloc de LiF de 700g en seulement 17 minutes. Une fois fondu, le suscepteur en graphite a été remonté et le chauffage inductif volontairement coupé pour solidifier la phase supérieur du sel. Après 4 minutes, l'induction est remise en fonctionnement et la conductivité du sel permet une refonte très rapide de la partie solidifiée. Le milieu liquide a été ensemencé de particules de graphite dont la densité de 2,26 est proche de celle du LiF qui est de 1,8.

Ces particules sont suivies à l'aide d'un système photographique qui réalise une prise de vue tous les 16 centièmes de seconde.

Ainsi, la Figure 16, est une photographie réalisée lors de la mesure de la vitesse de brassage par couplage direct du système à induction sur le sel fondu et la Figure 17 est la transcription graphique du mouvement des particules observé sur la figure 16.

Sur les Figures 16 et 17, chaque flèche désigne un ensemble de points formant ainsi un segment représentatif du mouvement d'une particule observée.

Le suivi du mouvement des particules à la surface du sel fondu (flèches sur les Figures 16 et 17) a permis de mesurer des vitesses moyennes de déplacement de quelques cm/s.

Ce résultat expérimental confirme ainsi les valeurs de champ de vitesse obtenues lors des travaux de modélisation de l'exemple 1.

Les Figures 16 et 17, prouvent que l'utilisation du système à induction selon l'invention permet d'associer un chauffage rapide à un brassage dynamique des différents milieux liquides.

Une fois refroidi, le creuset a toujours conservé ses propriétés de surface avec notamment un bon démoulage du bloc de sel. Ce constat a été obtenu après 3 campagnes de fonte d'une durée totale de 4 heures .

RÉFÉRENCES

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