Etude de l’effet de l’hydrogène sur les propriétés de fatigue d’alliage métalliques à basse températures
Romain Chochoy
Institut PPrime
Les travaux de R&D portant sur le stockage d’énergie n’ont jamais été aussi importants qu’aujourd’hui dans le contexte de la transition énergétique (développement d’énergie dites intermittentes et de moyens de transport zéro émission). Le stockage de l’hydrogène sous forme liquide est notamment envisagé pour des applications aéronautiques. Ceci implique de descendre à des températures cryogéniques (-253°C). De tels dispositifs comportent notamment des composants en acier inoxydable austénitique, dont il convient de caractériser le comportement et la durabilité en ambiance hydrogène à basse température, en particulier en évaluant leur tenue en fatigue. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse s’intégrant dans le cadre du projet HyMEET du CETIM est d’améliorer les mécanismes de « fragilisation » par l’hydrogène à basse température et pour des faibles niveaux de sollicitations (fatigue polycyclique), c’est-à-dire dans un domaine où les interactions hydrogène-plasticité, généralement avancées pour rendre compte de ce phénomène sont à priori limitées. Une question clé concerne le rôle potentiel de l’exposition à l’hydrogène sur les processus d’amorçage. Du point de vue applicatif, l’objectif est d’évaluer la nécessité de conduire des essais sous hydrogène liquide pour qualifier les installations de stockage cryogénique.
La première partie de la thèse a consisté à effectuer un état de l’art des différents phénomènes de fragilisation par l’hydrogène sur 2 nuances d’acier inoxydable austénitique 304L et 316L. L’absorption d’hydrogène après exposition gazeuse sous haute pression [1], l’impact de la composition chimique sur les propriétés mécaniques sous hydrogène, les mécanismes de déformation à basse température, sous hydrogène en fatigue ont notamment été examinés.
Dans un deuxième temps, une campagne expérimentale de caractérisation de la tenue en fatigue des deux nuances de l’étude sous air et à température ambiante a été lancée en vue d’établir des données de référence en termes de durée de vie et de mode d’endommagement en vue de l’étude en ambiance hydrogène. Les travaux à venir consisteront à réaliser des essais de fatigue à différentes amplitudes de contrainte imposées sous hydrogène et à différentes températures.
Références :
[1] S. Fukuyama, “Fatigue Properties of Type 304 Stainless Steel in High Pressure Hydrogen at Room Temperature”, Transactions of the Japan Institute of Metals, Vol. 26, No. 5 (1985), pp. 325 to 331.
[2] T. Ogata, “Hydrogen Environment Embrittlement Evaluation In Fatigue Properties Of Stainless Steel SUS304L At Cryogenic Temperatures”, Aip Conference Proceedings 1219 (2010) 25-32.
CHOCHOYRomainInstitut Primeromain.chochoy@ensma.fr
