Fragilisation par l'hydrogène

Interactions hydrogène/métal

L’hydrogène, de fait de sa petite taille, peut être facilement absorbé dans un réseau métallique cristallin, y diffuser, s’y piéger. Lorsque la source d’hydrogène affecte une microstructure sous contraintes (résiduelles ou appliquées) ou présentant des ségrégations, les interactions hydrogène/métal (chargement, piégeage et/ou recombinaison) peuvent conduire à la fissuration fragile de la structure selon différents modes, internes ou externes. Ces phénomènes décrivent la Fragilisation par l’Hydrogène (FPH).

La source d’hydrogène est très souvent liée à des processus de corrosion acide résultant de la réduction du proton. La FPH fait ainsi partie de la problématique générale de la corrosion assistée mécaniquement.

Dans le cas où le milieu corrosif contient de l’H2S (cas des milieux gaziers et pétroliers), le chargement en hydrogène dans le métal revêt un caractère très spécifique et l’étude des phénomènes qui en découlent relève de plusieurs approches.

Afin d’identifier les paramètres liés au milieu qui régissent le chargement en hydrogène dans le métal (acier en général), et de caractériser la sévérité des milieux réels, une caractérisation fine des interactions surfaciques (transport, adsorption compétitive, précipitation) est nécessaire. Cette approche est très importante surtout pour développer des tests représentatifs de validation des matériaux. Le groupe s’appuie sur la mise en œuvre de techniques électrochimiques spécifiques (perméation à l’hydrogène notamment) couplées à des méthodes de caractérisation des surfaces (DRX, XPS, spectroscopie Raman).

L’étude des paramètres liés au matériau (état de surface, contraintes résiduelles, ségrégations) renseigne par ailleurs sur la nature des interactions hydrogène/métal et sur le mode de fissuration attendu (Hydrogen Induced Cracking, Sulfide Stress Cracking, Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking). Le recours à la technique d’Emission Acoustique pour le suivi en temps réel de la fissuration, couplée aux techniques de métallographie pour la caractérisation post-mortem des éprouvettes, permet aussi d’identifier le mode et les étapes élémentaires de la fissuration ainsi que la nature des mécanismes associés (mécaniques, électrochimiques…).

Cette même technique autorise enfin la détection précoce de la fissuration et apparait ainsi comme un outil précieux d’aide à la sélection de matériaux susceptibles de s’endommager par FPH.

Rupture fragile de type SSC obtenue sur un acier peu allié type C110 sollicité mécaniquement en milieu acide contenant de l’H2S (thèse C. Plennevaux, 2012)

Retour