Mécanismes de la fragilisation par l'hydrogène des aciers sous faibles polarisations cathodiques dans des solutions à pH alcalins

par Ruiping Hu

Thèse de doctorat en Corrosion

Sous la direction de Jacques Galland.


  • Résumé

    La fumée de silice est un sous produit de l'industrie de silicium ou des alliages ferro-silicium. L’addition de fumée de silice au béton améliore la compacité de béton et augmente donc sa résistance de compression. Cependant, la fumée de silice en contact avec les solutions alcalines se trouvant dans les pores du béton peut engendrer une réaction chimique dont le résultat est un dégagement d'hydrogène, celui-ci pouvant ensuite diffuser dans le béton et être absorbé par les armatures. La pression partielle en hydrogène dans les pores du béton est très faible, donc le risque immédiat de fragilisation par l'hydrogène est également très faible. Cependant, pour un ouvrage destine à durer pendant plus de 50 ans, une question se pose: peut-on négliger ce risque? Pour répondre a cette question, nous avons étudié la fragilisation par l'hydrogène sur différentes structures d'acier: ferritique (fer-alpha), bainitique (acier 35cd4) et perlitique (acier fmp80 ou acier précontraint). Ces structures ont été hydrogénées dans des solutions alcalines (pH =9,5, 11,1 et 13,3) arbitrairement représentatives des liquides se trouvant dans les pores du béton après différentes durées de vieillissement. Le chargement cathodique a été réalisé sous faibles densités de courant simulant de faibles pressions partielles en hydrogène. Une fois élucidé le mécanisme de la fragilisation par l'hydrogène, dans les conditions citées préalablement, nous avons comparé la réponse de deux structures, ferritiques et perlitique écrouie, chargées en hydrogène gazeux dans un autoclave pendant deux mois, résultant de la réaction d'un mélange fumée de silice avec une solution alcaline à pH 13,3. Les principales conclusions de cette étude sont les suivantes: la fragilisation par l'hydrogène est provoquée par la rupture d'un film d'oxyde Fe#3o#4 et/ou d'hydroxyde Fe (oh)#2. Ce mécanisme est opérant pour une densité de courant équivalente à un potentiel cathodique inferieur ou égal à 1 V/ENH. La rupture de film crée des fissures superficielles. Ces fissures ont été modélisées a l'aide d'un modèle micromécanique. La contrainte hydrostatique maximale a été déterminée en fonction de la géométrie de l'entaille des éprouvettes axisymétriques à l'aide d'un programme de calcul par éléments finis. Cette contrainte permet de calculer le gradient maximum de concentration en hydrogène. À l'aide d'un autre modèle micromécanique (modèle de Beremin), nous avons pu calculer la contrainte locale responsable de l'amorçage d'une fissure par clivage. Une relation empirique a pu être établie entre l'indice de fragilisation par l'hydrogène et le rapport entre l'énergie de surface en présence et en absence d'hydrogène. La fumée de silice au contact d'une solution à pH 13,3 provoque bien un dégagement d'hydrogène et sa diffusion dans le métal, mais cette quantité n'est pas suffisante pour fragiliser celui-ci

  • Titre traduit

    Hydrogen embrittlement mechanisms in steels at low cathodical polarization in alkaline mediums


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Informations

  • Détails : 1 vol. (146 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 103 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 55250
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