Depuis quelques années, les transporteurs de gaz envisagent l’introduction de l’hydrogène (H₂) dans le réseau de gaz naturel (GN) existant, constitué de canalisations de divers aciers. Afin de garantir l’intégrité du réseau, il est nécessaire d’étudier le comportement de ces aciers dans un mélange de GN et d’H₂ (GN/H₂) sous des sollicitations mécaniques représentatives des conditions de service, telles que la fatigue. Il est connu que la propagation de fissure de fatigue dans des aciers faiblement alliés ou de grade API (utilisé pour les canalisations de gaz) est plus rapide en présence d’hydrogène pur. De plus, l’effet de l’hydrogène n’est observé qu’à partir d’une certaine valeur seuil du facteur d’intensité de contrainte ΔK_{seuil H} [1], [2]. En présence d’un mélange gazeux N₂/H₂, la vitesse de propagation des fissures augmente quand la pression partielle d’hydrogène augmente [3], [4].

Cette étude s’intéresse à l’acier L485MB de structure ferrito-perlitique sollicité en fatigue oligocyclique dans un mélange GN/H₂. L’amorçage et la propagation des fissures sont étudiés pour différentes valeurs de contrainte moyenne et amplitude de charge ou de déformation, et différentes pressions de gaz. Les résultats montrent d’emblée que les impuretés présentes dans le GN ont une influence d’autant plus marquée que la pression partielle d’hydrogène est faible. Ainsi, pour une pression partielle d’hydrogène équivalente, la valeur de DK_{seuil H} pour un essai dans un mélange est plus grand que pour un essai sous hydrogène pur.  D’autre part, l’amorçage des fissures a été étudiée sur des éprouvettes lisses sollicitées à amplitude de déformation plastique contrôlée. On montre, sous air et sous De_p de 0,2%, qu’il se produit par coalescence de µ-fissures formées au droit de petites colonies d’intrusions-extrusions au sein des grains de ferrite. Ce phénomène a été caractérisé au MEB et au STEM sur coupe FIB. Une structure de sous-grains nanométriques se forme sur une épaisseur de quelques centaines de nanomètres en sous-surface de ces colonies d’intrusions/extrusions. La µ-fissure se forme au sein d’un sous-grain puis se propage le long des sous-joints de grains. Des essais de fatigue identiques sous mélange GN/H₂ vont permettre de comparer les différents processus d’amorçage et de discuter des mécanismes pour ces conditions particulières.

Les auteurs souhaitent remercier GRTgaz pour leur soutien financier et pour avoir fourni la matière nécessaire à l’étude.

[1]        J. Capelle, et al doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.063.

[2]        B. P. Somerday, et al doi: 10.1016/j.actamat.2013.07.001.

[3]        B. Meng et al. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.05.145.

[4]        T. An, et al doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.047.