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Modélisation du transport et du piégeage de l’hydrogène dans les aciers austénitiques

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

L’hydrogène moléculaire H2 est un vecteur d’énergie alternatif aux énergies fossiles traditionnelles, gaz ou pétrole. Il pourrait répondre aux défis énergétiques et environnementaux actuels, c’est-à-dire au besoin de stockage de l’énergie produite par des moyens intermittents comme l’éolien ou le photovoltaïque sans produire de gaz à effet de serre lors de son utilisation. Néanmoins, son stockage et son transport en toute sécurité sont une des clefs de son utilisation. Les conteneurs ou les canalisations qui véhiculent l’hydrogène doivent être étanches et conserver leur intégrité dans le temps. Comprendre et prédire le comportement de l’hydrogène dans les alliages des conteneurs/canalisation et les dégradations mécaniques associées – comme la fragilisation – est dès lors crucial pour le développement de la filière hydrogène. Ces enjeux sont d’ailleurs génériques à tous les alliages exposés à une source d’hydrogène, en corrosion ou dans les industries métallurgiques où l’hydrogène vient tout simplement du contact avec l’eau, ou encore dans la filière pétrolière où l’hydrogène provient des sulfures d’hydrogène présents dans les hydrocarbures – pétrole ou gaz.
Si de nombreux travaux expérimentaux ont permis d’identifier la fissuration par hydrogène comme étant à l’origine des dégradations des alliages exposés à l’hydrogène, de larges zones d’ombre subsistent encore sur les mécanismes à l’œuvre du fait de difficultés expérimentales et de la grande variabilité des phénomènes observées. Par ailleurs, le transport et le piégeage de l’hydrogène préalable aux dégradations mécaniques sont mal connus et peu documentés.
L’objectif de la thèse est d’explorer les mécanismes de piégeage / transport de l’hydrogène dans les aciers austénitiques en amont de la fissuration pour être capable de rendre compte et d’expliquer les observations expérimentales.
Pour atteindre cet objectif, le travail de thèse sera dédié à l’étude du nickel pur, système modèle des austénitiques. L’étude sera conduite en deux étapes : (i) à l’échelle atomique par dynamique moléculaire en potentiels empiriques pour obtenir des informations détaillées sur le transport et le piégeage de l’hydrogène puis (ii) à l’échelle mésoscopique par des modélisations de cinétique chimique couplé à la loi de Fick amendées par les mécanismes identifiés en dynamique moléculaire.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux
Laboratoire de Modélisation, Thermodynamique et Thermochimie
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