Comportement mécanique des alliages métalliques pour le stockage et le transport de l’hydrogène gazeux

Les impératifs environnementaux imposent de développer une économie fondée sur l’utilisation d’énergies décarbonées. Parmi les solutions étudiées, le recours à l’hydrogène produit à partir d’énergie « verte », en tant que vecteur d’énergie ou pour le stockage de l’énergie, est une voie en forte croissance dans le monde. À grande échelle, son transport et son stockage sous forme gazeuse font partie des options les plus économiques.

Cependant, il est connu que les matériaux métalliques peuvent être rendus « fragiles » en présence de ce gaz, cet effet pouvant se manifester de différentes façons en fonction de l’environnement, du matériau et de la sollicitation mécanique. À titre d’exemple, en température (vers 300 °C-500 °C) et sous pression d’hydrogène, la formation de bulles de méthane sous hautes pressions entraîne un endommagement connu sous le nom de HTHA (High Temperature Hydrogen Attack) . D’autre part, à température ambiante en milieu aqueux contenant du H ₂ S, l’hydrogène pénètre dans le métal et se recombine pour former des bulles d’hydrogène (« blisters ») à l’origine des baisses de propriétés mécaniques du composant. Ce phénomène est appelé « HIC » (Hydrogen Induced Cracking) . Les exemples précédents sont associés à des conditions rencontrées principalement dans le monde pétrolier. Dans cet article, nous traiterons spécifiquement de l’endommagement observé en présence d’hydrogène gazeux (typiquement de la pression atmosphérique à 1 000 bar), autour de la température ambiante, conditions associées à l’utilisation de l’hydrogène pour le développement des énergies décarbonées. On parle alors de « fragilisation par l’hydrogène » (FPH) qui se caractérise généralement par une chute de ductilité, une baisse de ténacité ou une accélération de la vitesse de propagation des fissures de fatigue. Même sous ces conditions restreintes, différents mécanismes de fragilisation peuvent être activés.

Le dimensionnement...