Etude des processus de corrosion du nickel par dynamique moléculaire avec un potentiel réactif ReaxFF

par Omar Assowe Dabar

Thèse de doctorat en Chimie - physique

Sous la direction de Vincent Vignal et de Olivier Politano.

Soutenue le 04-12-2012

à Dijon , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon) (laboratoire) et de Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB) (laboratoire) .

Le président du jury était Tony Montesin.

Le jury était composé de Christophe Domain.

Les rapporteurs étaient Xavier Feaugas, Pierre Vitorge.


  • Résumé

    La compréhension des processus de corrosion est un élément majeur de l’étude de la durabilité des matériaux en environnements agressifs. C’est dans ce cadre que ce travail de thèse se situe. L’objectif est d’apporter un nouvel éclairage sur les processus de corrosion du nickel en milieu aqueux en utilisant la simulation par dynamique moléculaire avec un champ de force réactif « ReaxFF ».Nous nous sommes particulièrement intéressé aux réactions entres les molécules d’eau et les surfaces monocristallines de nickel. Ces résultats ont montré aucune dissociation de l’eau sur les surfaces. Par ailleurs, une adsorption des molécules en bicouche a été constatée, traduisant la polarisation mutuelle entre l’eau et le nickel, ce que confirme le calcul de charges. La surface du métal s’est chargée positivement alors que la première couche d’eau se charge négativement, reproduisant la double couche électrique. L’introduction d’un champ électrique extérieur a conditionné la réaction entre l’eau et le nickel. La présence du champ a permis d’observer les différentes étapes d’oxydation du nickel : l’adsorption des molécules d’eau puis leurs dissociations en OH- et H3O+. La dissolution des atomes de nickel à la surface puis la pénétration de O dans Ni. Ces processus d’oxydation sont répétés au cours du temps pour obtenir le film d’oxyde. L’épaisseur du film d’oxyde dépend linéairement de l’intensité du champ électrique. La cinétique d’oxydation est améliorée pour la surface (110) par rapport aux autres surfaces étudiées. L’étude de l’oxydation d’un bicristal de nickel a montré des processus identique. Par ailleurs, nous avons constaté que les premiers germes d’oxydation se sont produits au niveau des joints de grains et se sont propagés sur toute la surface. L’ensemble de ces résultats est en bon accord avec les observations expérimentales

  • Titre traduit

    Study of nickel corrosion processes by molecular dynamics with reactive potential ReaxFF


  • Résumé

    Understanding of corrosion processes is important for the study of the durability of materials in aggressive environment. The objective is to provide new lights on the corrosion processes of nickel in aqueous condition with molecular dynamics simulation using a reactive force field "ReaxFF."We are particularly interested by the reaction between water molecules and mono-crystalline surfaces of nickel. No dissociation of water was showed on the surfaces. Moreover, an adsorption of molecules in bilayer was observed, reflecting the mutual polarization between water and nickel, which confirms the charge calculation. The metal surface is positively charged and the first water layer charged negatively, reproducing the electrical double layer. The introduction of an external electric field has conditioned the reaction between water and nickel. The presence of the field permits to observe the different stages of nickel corrosion: adsorption of water molecules, their dissociation into OH- and H3O+, the dissolution of the nickel atoms on the surface and the penetration of O in Ni. These oxidation processes are repeated over time to obtain the oxide film. The thickness of the oxide film depends linearly on the electric field intensity. The oxidation kinetics is improved to the surface (110) compared with other orientations studied. All these results are in good agreement with experimental observations


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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 160-168, 154 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TNSDIJON/2012/72
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