Modélisation de la cinétique des interactions entre l’hydrogène et les défauts dans le Fer à l’aide de la technique d’activation et de relaxation cinétique (ARTc)
Cette thèse explore les dynamiques de l’hydrogène et son interaction avec des défauts comme les lacunes et les joints de grains dans le fer à structure cubique centrée (BCC), à l’aide de la technique d’activation et de relaxation cinétique (ARTc). Cette méthode permet d’examiner en détail la diffusion atomique sur des échelles de temps pertinentes, offrant une compréhension approfondie des mécanismes à l’origine de la fragilisation par l’hydrogène, un phénomène qui limite la durabilité des matériaux dans les environnements industriels riches en hydrogène.
Les résultats de cette recherche montrent que l’hydrogène joue un rôle essentiel dans la stabilisation des lacunes, en augmentant les barrières de diffusion et en modifiant les trajectoires de diffusion des atomes de fer et des défauts. Les simulations kART ont révélé que l’hydrogène lié aux lacunes crée des barrières de diffusion plus élevées, modifiant les dynamiques internes du matériau. Aux joints de grains, la présence d’hydrogène rigidifie les structures, rendant la diffusion plus difficile tout en introduisant de nouvelles voies de diffusion avec des barrières plus élevées. Par exemple, il a été constaté que le joint de grain $\Sigma 3$ est intrinsèquement plus stable que le joint $\Sigma 37$, mais l’hydrogène amplifie ces différences en modifiant les comportements énergétiques et les mécanismes de diffusion associés.
En outre, l’étude met en évidence que l’hydrogène favorise la formation et le mouvement des lacunes dans les environnements saturés en hydrogène, ce qui pourrait expliquer la propagation accélérée des fissures observée expérimentalement dans ces conditions. Les résultats fournissent une perspective microscopique sur les mécanismes concurrents, tels que la plasticité localisée améliorée par l’hydrogène (HELP) et la décohésion assistée par l’hydrogène (HEDE), et montrent que leur importance dépend de la géométrie locale des joints de grains.
En conclusion, cette thèse offre une analyse complète des interactions complexes entre l’hydrogène et les défauts dans le fer BCC, en fournissant des insights essentiels pour le développement de matériaux plus résistants à la fragilisation par l’hydrogène. Ces résultats ouvrent la voie à des études futures visant à atténuer les effets néfastes de l’hydrogène dans les matériaux structurels utilisés dans des applications critiques.
