Modélisations multi-échelles de l’influence de l’hydrogène sur les mécanismes de plasticité et de diffusion d’une structure ferritique

Ce travail de thèse fait partie du projet HYPERSTOCK du PEPR-H2 qui s’intéresse au stockage et au transport de l’hydrogène gazeux au sein d’installations impliquant principalement des aciers faiblement alliés de structure ferrito-perlitique ou martensitique. L’étude consiste à comprendre les mécanismes fondamentaux impliqués dans l’interaction dislocation/hydrogène pouvant modifier les propriétés mécaniques des alliages à base fer. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est d’étudier la dynamique du système hydrogène/dislocation vis aux échelles micro- et mésoscopique, les résultats de simulations pourront être implémentés dans des lois de comportement développées par d’autres équipes du projet (notamment au LSPM).

Dans un premier temps, nous avons réalisé des simulations de statique moléculaire afin de décrire les interactions entre l’hydrogène et une dislocation vis dans une matrice de fer. Nous avons notamment déterminé le paysage énergétique afin d’établir la cinétique de l’hydrogène au voisinage du cœur de la dislocation. Par la suite, nous déterminerons les processus de glissement de la dislocation sous différentes concentrations d’hydrogène. La mobilité de la dislocation sera ensuite étudiée en combinant nos résultats obtenus à l’échelle atomique et la méthode de Monte Carlo Cinétique. Cela nous permettra de déterminer une loi de vitesse de la dislocation vis en considérant une distribution statistique d’évènements de diffusion pour différentes concentrations d’hydrogène, différentes températures et différentes contraintes appliquées. Nous implémenterons ensuite cette loi de vitesse dans la méthode de la Dynamique des Dislocations Discrètes en vue d’évaluer le comportement de la microstructure de dislocations en présence d’hydrogène. Nous pourrons alors extraire des informations qui seront utilisées comme données d’entrée nécessaire aux simulations d’échelle supérieure (ex: éléments finis) et finalement obtenir des éléments de réflexion sur la fragilisation par l’hydrogène de ces aciers.

L’avancée de ce travail de thèse a été présentée lors des Journées Jeunes Chercheurs organisées par le CEFRACOR à Toulouse en juillet 2023.