Les chercheurs se concentrent sur le mécanisme sous-jacent qui provoque la fissuration des alliages lorsqu’ils sont exposés à des environnements riches en hydrogène

Lors du choix des matériaux à utiliser pour les projets d’infrastructure, les métaux sont souvent sélectionnés pour leur durabilité. Cependant, s’ils sont placés dans un environnement riche en hydrogène, comme l’eau, les métaux peuvent devenir cassants et se briser. Depuis le milieu du XIXe siècle, ce phénomène, connu sous le nom de fragilisation par l’hydrogène, a intrigué les chercheurs en raison de sa nature imprévisible. Une étude publiée dans Progrès scientifiques Cela nous rapproche un peu plus de la possibilité de le prédire avec confiance.

Les travaux sont dirigés par le Dr Mengying Liu de l’Université Washington et Lee en collaboration avec des chercheurs de l’Université Texas A&M. L’équipe a étudié la formation de fissures dans des échantillons initialement sans défaut et sans fissures d’un alliage à base de nickel (Inconel 725), principalement connu pour sa solidité et sa résistance à la corrosion. Il existe actuellement plusieurs hypothèses de travail qui tentent d’expliquer la fragilisation par l’hydrogène. Les résultats de cette étude montrent que l’une des hypothèses les plus connues, la plasticité localisée renforcée par l’hydrogène (HELP), n’est pas applicable dans le cas de cet alliage.

La plasticité, ou déformation irréversible, n’est pas uniforme dans tout un matériau, mais est plutôt localisée à certains points. HELP émet l’hypothèse que les fissures se forment aux points où la plasticité localisée est la plus élevée.

« À ma connaissance, notre étude est la première à observer en temps réel où les fissures se forment, et non pas aux endroits où la plasticité localisée est la plus élevée », a déclaré le co-auteur, le Dr Michael J. Demkowicz, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux de l’université Texas A&M et directeur de thèse de Liu. « Notre étude suit à la fois la plasticité localisée et les emplacements d’initiation des fissures en temps réel. »

Le suivi en temps réel de l’apparition des fissures est crucial. En effet, lorsqu’on examine un échantillon après l’apparition d’une fissure, l’hydrogène s’est déjà échappé du matériau, ce qui rend impossible la compréhension du mécanisme ayant conduit à l’endommagement.

« L’hydrogène s’échappe facilement des métaux, il est donc impossible de déterminer ce qui fragilise un métal en examinant les échantillons après les avoir testés. Il faut observer pendant que l’on teste », a déclaré Demkowicz.

Cette étude permet de jeter les bases d’une meilleure prévision de la fragilisation par l’hydrogène. À l’avenir, l’hydrogène pourrait remplacer les combustibles fossiles comme source d’énergie propre. Si ce changement se produit, toutes les infrastructures actuellement utilisées pour stocker et utiliser les combustibles fossiles pourraient devenir sensibles à la fragilisation par l’hydrogène. Prédire la fragilisation est essentiel pour éviter les défaillances inattendues et rendre possible une future économie de l’hydrogène.

Les expériences de cette étude, ainsi que l’analyse préliminaire des données, ont été menées à Texas A&M, Liu ayant fourni des analyses de données supplémentaires et la préparation du manuscrit à Washington et Lee. Cet article est co-écrit par Liu, Demkowicz et Lai Jiang, doctorant à Texas A&M.