Etude par modélisation moléculaire de la stabilité des couches passives des aciers

par Anand Kumar

Projet de thèse en Chimie Physique

Sous la direction de Boubakar Diawara.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Institut de Recherche de Chimie Paris (laboratoire) , Interfaces, Électrochimie, Énergie (I2E) (equipe de recherche) et de École nationale supérieure de chimie (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2017 .


  • Résumé

    Pour mieux comprendre les réactions chimiques liées à la corrosion des aciers inoxydables en présence de CO2 à l'état supercritique et d'eau et éventuellement des gaz acides, nous voulons mettre en place un modèle thermodynamique, permet de prédire la stabilité de la couche de passivation qui protège l'acier. Ce modèle devrait également aider à mieux comprendre les mécanismes réactionnels et la cinétique associés aux réactions principales. Comme les conditions physiques (pressions/températures très élevées) sont extrêmes, il devient difficile de réaliser des expériences et nous souhaitons donc appliquer un modèle multi-échelle utilisant des simulations moléculaires pour compléter les données expérimentales. Dans ce cadre, des calculs utilisant la DFT (Density Functional Theory) aux conditions périodiques seront appliqués à l'échelle quantique pour obtenir des énergies de réaction et d'activation précises pour alimenter le modèle thermodynamique à l'échelle supérieure. Les données obtenues au niveau quantique seront utilisées pour optimiser les paramètres d'un champ de force réactif empirique. Ce dernier permet d'atteindre des échelles de temps et espace supérieures par rapport aux simulations quantiques pour pouvoir observer des réactions moins dominantes. Selon l'avancement de la thèse, des méthodes basées sur la cinétique Monte-Carlo (kMC) seront également développées pour s'approcher de l'échelle de temps des expériences. Ce modèle pourrait aussi nous renseigner sur le pouvoir d'autoréparation de la couche passive protectrice

  • Titre traduit

    Molecular modelling study of the stability of passive layers of steels


  • Résumé

    A PhD position at IFP Energies nouvelles is open on the understanding of corrosion of stainless steel that is in contact with supercritical CO2 which in turn may contain (traces of) acid gazes like SOx, NOx, and H2S. The goal is to develop a model that is capable of predicting the (thermodynamic) stability of the steel as a function of temperature and pressure. With the aid of a multi-scale molecular modeling approach better insights in the main chemical reaction, together with the associated reaction mechanisms, are anticipated to be obtained. Quantum mechanical DFT calculations using periodic boundary conditions will be used to help to parametrize the reactive force field ReaxFF. With the latter, longer simulation times and larger systems can be modeled to observe the reactions responsible for the attack of the passive layer that protects the iron. The use of a kinetic Monte-Carlo model can be envisaged according to the progress made in this study. This kMC model could then also help to yield insights in the ability of the protective layer to its auto repair