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Posté par Michel le Mardi 20/11/2012 à 12:00
Un éclairage nouveau sur la fragilisation des métaux par l'hydrogène
L'hydrogène, le plus léger de tous les éléments chimiques, peut facilement se dissoudre, migrer dans les métaux et accroître la friabilité de ces matériaux généralement ductiles, contribuant ainsi au risque de rupture.

Depuis la découverte de ce phénomène, en 1875, la fragilisation par l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) est un problème persistant dont les scientifiques doivent tenir compte dans la conception de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de structure utilisés notamment pour la construction de navires de guerre, d'aéronefs et de réacteurs nucléaires. Des décennies de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) n'ont pas encore permis aux experts d'élucider les mécanismes physiques à l'origine de ce problème, ni d'élaborer de modèle rigoureux permettant de prévoir le moment et l'endroit où la fragilisation par l'hydrogène est susceptible de survenir, pas plus que la façon dont elle se produit. Par conséquent, les concepteurs industriels doivent se résoudre à procéder par essais et erreurs.

Toutefois, Jun Song, professeur adjoint au Département de génie des mines et des matériaux de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) McGill, et le professeur William Curtin, directeur de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) de génie mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, en Suisse, ont récemment démontré que le problème pourrait résulter de l'altération du comportement des matériaux par l'hydrogène à l'échelle nanométrique. Dans le cadre de leurs travaux, qui ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'un article publié dans la revue Nature Materials, les professeurs Song et Curtin ont élaboré un nouveau modèle qui permet de prédire avec exactitude la survenue du phénomène de fragilisation par l'hydrogène.

Normalement, les métaux peuvent supporter une importante déformation plastique (La déformation plastique est la déformation irréversible d'une pièce ; elle se produit par un réarrangement de la position des atomes.) sous l'effet de certaines forces. Cette plasticité est attribuable à la capacité des nanofissures et des microfissures d'induire des dislocations dans le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...) – mouvements des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) qui permettent de réduire les contraintes auxquelles les matériaux sont soumis.

"On peut comparer les dislocations à des véhicules qui permettent de transporter les déformations plastiques, et les nanofissures et les microfissures à des plaques tournantes qui assurent la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde...) de ces véhicules", explique le professeur Song. "Les propriétés que l'on recherche chez les métaux, telles la ductilité (La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure ou cavité), induit par la...) et la résistance, reposent sur le bon fonctionnement de ces plaques tournantes. Malheureusement, ces dernières attirent également les atomes d'hydrogène qui fragilisent le métal en provoquant une sorte d'embouteillage: ils s'agglutinent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) de la plaque tournante, bloquant ainsi toutes les voies de dispersion des véhicules. Il en résulte ultimement une dégradation des matériaux."

Le professeur Song a eu recours à des simulations informatisées à l'aide d'appareils à la fine pointe de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) pour expliquer comment les atomes d'hydrogène se déplacent dans les métaux et interagissent avec les atomes de métal. Cette simulation a été suivie d'une étude cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) rigoureuse afin d'établir des liens entre les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) à l'échelle nanométrique et les conditions expérimentales macroscopiques.

Les chercheurs ont ensuite utilisé ce modèle pour déterminer les seuils de fragilisation de divers types d'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de...) ferritique, et les résultats obtenus présentaient une excellente concordance avec les observations expérimentales. Cette étude propose un cadre pour l'interprétation des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) expérimentales et la conception de matériaux de structure de la prochaine génération moins susceptibles d'être fragilisés par l'hydrogène.

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Source: Chris Chipello - Relations avec les médias - Université McGill