Etude de la fragilisation par l’hydrogène de l’acier faiblement allié L485-MB en présence de mélange gazeux H2/Gaz naturel (GN)

par Hamza Ez-Zaki

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Frédéric Christien.

Soutenue le 25-03-2021

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....) (établissement opérateur d'inscription) et de Centre Science des Matériaux et des Structures / SMS-ENSMSE (laboratoire) .

Le président du jury était Gilbert Hénaff.

Le jury était composé de Frédéric Christien, Gilbert Hénaff, Eric Andrieu, Isabelle Aubert, Xavier Feaugas, Laurent Briottet, Cédric Bosch, Maxime Bertin.

Les rapporteurs étaient Eric Andrieu, Isabelle Aubert.

mots clés

• Fragilisation par l’hydrogène gazeux
• Acier de canalisation
• Mélange H2/Gaz naturel
• Transport de gaz
• Interaction hydrogène dislocations
• Perméation de l’hydrogène
• Dosage de l’hydrogène
• Transition énergétique
• Acier
• Canalisations de gaz
• Hydrogène (combustible)
• Gaz naturel

Résumé

La fragilisation par l’hydrogène (FPH) est un phénomène physique responsable de la dégradation des propriétés mécaniques des matériaux notamment une baisse de la ductilité, de la ténacité et de la résistance à la fatigue. Le travail de cette thèse porte sur l’étude de la sensibilité à la FPH, de l’acier de canalisation L485-MB dans un mélange H2/gaz naturel sous sollicitation de traction lente. L’objectif principal est alors d’apporter des données quantitativespour permettre d'estimer la teneur en hydrogène admissible dans les canalisations de transport de gaz, et de fournir des éléments de compréhension sur l’endommagement de l’acier en présence d'hydrogène. Le comportement mécanique de l’acier a été étudié par des essais de tractions monotones sous différents environnements gazeux où une diminution de la ductilité du matériau a été observée avec la pression partielle d’hydrogène. Plusieurs paramètres dont la vitesse de déformation, l’état de surface des éprouvettes de traction et l’effet des impuretés dans le mélange de gaz ont été étudiés. Les résultats obtenus ont mis en évidence les interactions de l’hydrogène avec les dislocations. Ceci se manifeste, d’une part, par une augmentation de la mobilité des dislocations dans le matériau, et d’autre part, par une diminution de la densité moyenne des dislocations. A l’issue de ce travail, un scénario d’endommagement sous traction monotone a été proposé. De plus, les propriétés de diffusion de l’hydrogène dans l’acier L485-MB ont été étudiées par des essais de perméation gazeuse, par des essais de dosage de l’hydrogène et par modélisation de la diffusion de l’hydrogène en présence d’une couche d’oxyde en face d’entrée.

mots clés

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Titre traduit

Hydrogen embrittlement of a low alloyed pipeline steel L458-MB in the presence of H2/Natural Gas mixture

Résumé

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