La formation de cloques induites par l'hydrogène est l’une des conséquences de la fragilisation par l’hydrogène, et qui affecte la surface des échantillons, en particulier des matériaux métalliques comme le fer et l’acier [1]. Leur modélisation de l’échelle atomique à l’échelle macroscopique constitue un défi compte-tenu de la complexité des phénomènes mis en jeu. L'interaction entre les atomes d’hydrogène et les lacunes peut conduire à la formation et à la croissance d'amas de lacunes, qui sont des précurseurs de cavités remplies de dihydrogène (bulles) sous pression, entraînant des contraintes locales, source potentielle de fissuration et de cloquage en surface [2].
Dans ce travail, le couplage d’un modèle de dynamique d’amas de lacunes et du multi-piégeage de l'hydrogène est proposé pour décrire la formation de bulles [3] ; il est considéré que cette apparition s’effectue à partir d’amas de 9 lacunes comme attesté par [4]. Une fois ces bulles formées, l’absorption des monolacunes sur les bulles est prise en compte pour décrire leur accroissement. Au-delà, un modèle de plasticité poreuse (GTN) [5,6] est modifié pour tenir compte de la croissance des bulles induite à la fois par un chargement mécanique externe et par la pression interne dans les bulles (émission de boucles de dislocation) [7,8].
Le modèle est utilisé pour simuler la croissance des bulles dans un échantillon de fer (d= 12.5 mm & L = 50 mm selon la norme ASTM E 8M) soumis à une traction uniaxiale, en faisant varier les conditions de chargement de l'hydrogène et de température jusqu’à 473K [3]. Les études de cas permettent d'analyser l'évolution de bulles au fil du temps afin de mieux la compétition entre la plasticité induite par le chargement mécanique, la pression interne de l'hydrogène et l’absorption des monolacunes au cours de la croissance des bulles.

Ce travail est financé par l’ANR dans la cadre du projet FEMHILIM, subvention ANR-22-CE08-0003 de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Référence
[1] Ayadi, S., et al. International journal of hydrogen energy (2017)
[2] Ren, X. C., et al. Metallurgical and materials transactions A 39, 87-97 (2008)
[3] K. Ebihara et al. Metallurgical and Materials Transactions A 52, 257–269 (2021)
[4] Hayward, Erin, and Chu-Chun Fu. Physical Review B-Condensed Matter and Materials Physics (2013)
[5] A. L. Gurson, J. Eng. Mater. Technol., 2-15, (1977), doi: 10.1115/1.3443401.
[6] Needleman, Alan, and Viggo Tvergaard. Mechanics and Physics of Solids, 461-490, (1984)
[7] Guo, T. F., and L. Cheng. Acta Materialia, 3487-3500, (2002)
[8] Sang Chaofeng, et al. Journal of nuclear materials, (2013)