Influence de la déformation plastique sur la réactivité du nickel dans la réaction d'évolution de l'hydrogène en milieu acide : approche cinétique et thermodynamique

Influence of plastic strain on nickel activity in hydrogen evolution reaction : kinetic and thermodynamic approach

• Auteur / Autrice : Hafida El Halami
• Direction : Xavier Feaugas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dislocations dans les cristaux

Déformations (mécanique)

Métaux -- Fragilisation par l'hydrogène

Nickel

Résumé

Le rôle de l’hydrogène dans les processus d’endommagement des matériaux métalliques n’a pas été identifié avec précision. Ce travail s’inscrit dans cette optique en abordant l’influence des paramètres structuraux sur les étapes d’adsorption et de désorption de l’hydrogène (Réaction d’Evolution de l’Hydrogène) qui contrôlent les premiers stades de la fragilisation. Une approche cinétique et thermodynamique permet la détermination des paramètres géométriques et énergétiques régissant ces processus. Les corrélations établies entre les caractéristiques structurales et la réactivité de la surface vis-à-vis de l’hydrogène, sur le nickel, ont montré que les vitesses des processus sont significativement affectées par la nature cristallographique de la surface, et augmentent avec la déformation plastique. Cette dernière est à l’origine d’un apport de sites réactifs supplémentaires, par l’émergence des dislocations, qui modifie l’énergie d’activation des deux étapes et l’effet de la polarisation cathodique sur cette activation. La compétition entre ces deux effets conduit globalement à une amélioration de la vitesse de la REH quand la déformation augmente, et à une atténuation de cette dernière quand les dislocations se concentrent pour former une sous-structure cellulaire. Nous noterons aussi la possible modification de surface par hydrogénation, qui conduit vraisemblablement à sa désactivation vis-à-vis de toute autre interaction Hydrogène / Nickel, et ce d’autant plus que les circuits de diffusion sont multipliés. Cette étape de transition adsorption / absorption mériterait des investigations plus poussées pour une meilleure compréhension de l’entré de l’hydrogène dans le métal.

Hydrogen role in hydrogen embrittlement has not been precisely identified. The aim of the present work is to investigate structural parameters influence on hydrogen adsorption and desorption steps (Hydrogen Evolution Reaction) which govern the first stages of the embrittlement. A kinetic and thermodynamic approach allows the determination of geometric and energetic parameters which describe these electrochemical steps. Correlations between structural characteristics and surface activity facing hydrogen have been drawn. They show that the two step rates are significantly affected by crystallographic orientation, and increase with plastic strain. The latter is responsible for the development of additional active sites, created by dislocations emergence, which modify the two steps activation energies end the effect of cathodic polarisation on this activation. The competition between these two effects leads to the enhancement of HER rate with strain increase, and to the reduction of this enhancement as dislocations concentrate to form a cell structure. The possible surface modification with hydrogenation probably leads to surface deactivation for further Hydrogen / Nickel attractive interaction, especially since diffusion circuits are increased. This adsorption / absorption transition step has to be investigated for better understanding of hydrogen entry into a metallic structure