Développement d’une approche d’équivalence en termes de fragilisation par l’hydrogène entre chargement cathodique et chargement gazeux

Scott Coop-Phane^1,2, A. Oudriss¹, L. Briottet², X. Feaugas¹

¹ La Rochelle Université, LaSIE UMR 7356, Avenue Michel Crépeau, 17042 La Rochelle

² Université Grenoble Alpes, CEA, DES, LITEN, DTCH, SCPC, LCA, F-38000 Grenoble, France.

Cette étude porte sur la comparaison de la sensibilité à la fragilisation par l’hydrogène (FPH) par voie cathodique et par voie gazeuse de trois aciers ferritiques. L’objectif est d’identifier les paramètres expérimentaux permettant d’établir une possible équivalence en termes d’endommagement entre les deux modes de chargement. La compréhension de l’effet des différents facteurs comme les caractéristiques de l’électrolyte (composition, pH, température…) ou la pression et la présence d’un oxide natif (dans un environnement gazeux) est cruciale pour établir cette équivalence.

Dans un premier temps, une étude de la réactivité de surface dans deux électrolytes désaérés (NaCl 3,5 % et H₂SO₄ 1 M) a été effectuée afin d’identifier les différentes étapes de la réaction d’évolution de l’hydrogène (REH). Ainsi, la relation entre la surtension et la fugacité de l’hydrogène a pu être appréhendée. La solubilité de l'hydrogène dans les matériaux a été étudiée dans diverses conditions gazeuses et électrochimiques pour plusieurs temps de charge. Des essais de perméation électrochimique et gazeuse ont été effectués afin d’étudier à la fois l'adsorption et le piégeage de l'hydrogène dans les matériaux. Cette première partie permet de discuter une équivalence en termes de concentration d’hydrogène dans les matériaux.

D’autre part, des essais de traction monotone in situ ont été réalisés selon les deux modes de chargement (cathodique et gazeux) pour chaque matériau étudié. Une approche locale de la rupture a été menée à l’aide d’éprouvettes entaillées (donc différents facteurs de concentration de contraintes). Une diminution de la surtension imposée et une augmentation de la pression de dihydrogène ont pour effet d’accentuer la sensibilité à la FPH. D’une part, la comparaison de la réduction de section entre les deux modes de chargement est effectuée. D’autre part, des analyses fractographiques ont été réalisées en vue d’étudier les mécanismes de rupture selon les conditions imposées et par extension de vérifier la pertinence de la similitude des mécanismes d’endommagement. Le comportement de chaque matériau étudié selon le mode de chargement ainsi que l’influence de leur microstructure sur les résultats obtenus seront discutés. Ce travail a bénéficié d’une aide de l’Etat gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre de France 2030 portant la référence ANR-22-PEHY-0004 (projet PEPRH2-HYperStock).