Influence des joints de grains sur la diffusion de l’hydrogène dans le nickel
STEFFEN VOUILLON-BRUNETa,b, ALIXE DREANOa, THOMAS SCHULERb, FREDERIC CHRISTIENa
a Université de Lyon, École des Mines de Saint-Étienne, LGF UMR 5307, Saint-Etienne, France
b Université Paris-Saclay, CEA, Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux, SRMP, 91191 Gif-sur-Yvette, France
Dans un contexte de transition énergétique, la recherche de vecteurs énergétiques propres et efficaces constitue un enjeu majeur. L’hydrogène, en tant que vecteur chimique de l’énergie, représente une solution prometteuse. Toutefois, son intégration dans des systèmes technologiques soulève des problématiques importantes liées à son interaction avec les matériaux. L’hydrogène possède une grande capacité de diffusion dans les solides. Cette propriété peut conduire à une fragilisation des matériaux métalliques, à travers des mécanismes complexes d’interaction avec les défauts cristallins. Dans les matériaux polycristallins, la compréhension du rôle des joints de grains dans les mécanismes de transport de l’hydrogène reste aujourd’hui incomplète. Certaines études expérimentales sur du nickel suggèrent un effet de piégeage de l’hydrogène au niveau des joints, réduisant localement le coefficient de diffusion. D’autres, au contraire, mettent en évidence un rôle de voie préférentielle de diffusion, agissant comme un court-circuit de transport [1,2].
Afin de clarifier cette dualité, une étude expérimentale a été mise en place en se basant sur l’expérience de Kakinuma et al. [1]. Elle vise à mesurer la diffusion de l’hydrogène dans le joint de grains de bi-cristaux de nickel. L’approche repose sur la fabrication d’échantillons minces dans lesquels l’hydrogène est introduit par voie électrochimique sur l’une des faces. La face opposée est recouverte d’un film polymère de polyaniline, dont la couleur évolue en fonction de son état de réduction. En présence d’hydrogène, ce polymère passe d’une teinte bleue à une teinte blanche, ce qui permet un suivi optique de la progression de l’hydrogène dans l’échantillon. Des acquisitions d’images sont effectuées régulièrement par microscopie optique, et les variations de brillance sont analysées temporellement pour extraire une courbe d’accumulation. Cette courbe, corrélée à une modélisation du flux diffusif, permet d’estimer un coefficient de diffusion local.
[1] H.Kakinuma et al, In situ visualization of misorientation-dependent hydrogen diffusion at grain boundaries of pure polycrystalline Ni using a hydrogen video imaging system, Acta Materialia 263 (2024).
[2] A.Oudriss et al, Grain size and grain-boundary effects on diffusion and trapping
of hydrogen in pure nickel, Acta Materialia 60 (2012)
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