Le transport de l'hydrogène dans les métaux compris
À température ambiante, les atomes d'hydrogène peuvent être absorbés dans le treillis métallique et se diffusent dans ses grains. L'hydrogène peut être accumulé sous forme atomique ou moléculaire. Quelle que soit leur forme, les atomes et molécules se combinent pour former de petites bulles aux frontières entre les grains de métal. Ces bulles accumulent de la pression aux niveaux où les métaux perdent leur ductilité et des fissures microscopiques se forment. La susceptibilité des matériaux à la fragilisation de l'hydrogène dépend des caractéristiques de leur microstructure et de la présence de défauts. Les scientifiques ont lancé le projet MULTIHY (Multiscale modelling of hydrogen embrittlement), financé par l'UE, pour développer des outils afin d'évaluer le transport de l'hydrogène dans des alliages haute résistance avec une microstructure complexe et de développer une meilleure compréhension de la fragilisation par l'hydrogène. Les scientifiques mettent en relation l'effet des structures d'échelle micrométrique et même nanométrique, avec les facteurs mesurables de susceptibilité macroscopique à la fragilisation par l'hydrogène. Des techniques d'analyse, des tests physiques et la collecte de données en fonctionnement ont été utilisés pour concevoir un modèle intégré à plusieurs échelles du transport de l'hydrogène, depuis le niveau atomistique jusqu'à celui du composant. L'équipe MULTIHY a choisi trois études de cas industrielles, dont les chambres à combustion d'un lanceur de satellite, la carrosserie automobile dans les composants blancs et les supports des éoliennes en mer. La microstructure des matériaux de pointe pour ces trois études de cas a été analysée et la diffusion d'hydrogène et les paramètres de contrôle ont été évalués via des expériences et une modélisation atomistique. Pour garantir la précision sans charge informatique indue, les scientifiques ont dû équilibrer et intégrer les différences spatiales et temporelles entre les modèles atomistiques et par éléments finis (EF). Ils ont utilisé des simulations de cinématique Monte Carlo pour faciliter l'usage des résultats des calculs atomistiques comme paramètres d'entrée des modèles par éléments finis. Le cadre de modélisation à plusieurs échelles, conçu par le projet MULTIHY, facilitera la prise de décisions informées sur le choix des matériaux et des méthodes de traitement utilisés pour la fabrication. Les mesures qui pouvaient être prises pour réduire la fragilisation par l'hydrogène incluent la réduction de l'exposition à l'hydrogène et le traitement thermique basse température (cuisson).
Mots‑clés
Hydrogène, alliages, ductilité, intégrité structurelle, fragilisation par l'hydrogène
