Dans le cadre du développement de nouvelles sources d’énergies non fossiles en France et en Europe, l’hydrogène (H2) et le biométhane font partie des pistes retenues. Pour pallier les fluctuations annuelles de la consommation énergétique du pays, des sites de stockage souterrains de gaz naturel ont été développés. Il est donc nécessaire d’adapter ces infrastructures existantes au biométhane (susceptible de contenir jusqu’à 2% d’H2) et au dihydrogène. Ce dernier pouvant fragiliser certains aciers dans des conditions particulières d’utilisation, il est nécessaire de qualifier ces matériaux en conditions représentatives. De plus, le gaz qui transite dans les stockages souterrains est susceptible de contenir des impuretés (notamment H2S, O2, CO2, et H2O) dont l’impact sur les mécanismes de fragilisation par l’hydrogène (FPH) est mal connu. Pour ces raisons, des essais de ténacité sont réalisés dans différents environnements représentatifs.
Une première étude (sous air) a permis de déterminer la géométrie d’éprouvette et les conditions de sollicitation mécanique idoines pour obtenir une propagation stable de la fissure lors des essais de ténacité. Il s’agissait de permettre à l’environnement gazeux d’être en contact avec une pointe de fissure « à nu », c’est-à-dire sans couche d’oxyde native, afin de mieux identifier l’effet des constituants de chaque milieu étudié. Différentes géométries d’éprouvette (SENT et CT) ont été testées pour deux types de sollicitation mécanique (en vitesse de déplacement contrôlée à 10-5 mm/s et en force contrôlée à 0,5 N/s). En déplacement contrôlé, une propagation stable de fissure est constatée quelle que soit la géométrie d’éprouvette. En revanche, en force contrôlée, une propagation a été observée pour les éprouvettes SENT mais pas pour les CT. Cependant, les essais de ténacité sont souvent peu reproductibles en raison d’une déformation plastique significative de l’éprouvette au cours de l’essai (ex : émoussement de la pointe de fissure, endommagement localement différent suivant l’environnement gazeux, etc.). Pour limiter l’impact de la plasticité, l’épaisseur des éprouvettes a été progressivement augmentée lors des essais préliminaires.
Dans un second temps, des essais de ténacité ont été réalisés en environnement gazeux représentatif à base de H2 et contenant les impuretés typiques H2O et H2S (dont la teneur était comprise entre 3 ppmv et 1000 ppmv). Pour cela, des tests de ténacité ont d’abord été menés sous air et sous H2 pur, puis les impuretés mentionnées plus haut ont été ajoutées une par une, et ensuite combinées, afin d’en apprécier les effets individuels et les potentielles synergies d’interaction sur la FPH des aciers utilisés. Les faciès de rupture seront présentés, et la composition des phases en surface des fissures principales sera détaillée. Ces éléments seront discutés au regard des phénomènes de surface dans les différentes configurations étudiées.
Auteurs : LAFROGNE EWEN1, MOLI-SANCHEZ LAURA1, MENDIBIDE CHRISTOPHE1, MARTIN FRANTZ 2, TUPIN MARC3, JUILLET CLARA4, CAMPAIGNOLLE XAVIER4
1 Institut de la Corrosion, Site de Saint-Etienne, ZA du Parc Secteur Gampille, 42490 FRAISSES
2 Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux, 91191 GIF-SUR-YVETTE CEDEX
3 Université Paris-Saclay, CEA, Service d’Études des Matériaux Irradiés, 91191 GIF-SUR-YVETTE CEDEX
4 Storengy SAS, 12, rue Raoul Nordling – Djinn, 92277 BOIS COLOMBES CEDEX
