Étude à l'échelle atomique de l'interaction de l'hydrogène avec des défauts dans le nickel et interprétation classique de la dynamique associée – EcHyDNA

Le contexte du projet est l'endommagement des matériaux métalliques par leur environnement. Il s'agit de prévoir, à terme, la tenue mécanique des alliages de structure (bases nickel, aluminiums, aciers...) subissant une fissuration de type Corrosion Sous Contrainte (CSC) et de fragilisation par l'hydrogène. Cela s'avère nécessaire pour assurer une meilleure sécurité des applications (avions, composants de centrales-tubes de générateur de vapeur, pipelines...) tout en diminuant les arrêts pour maintenance.
Le projet porte sur le développement d'une approche multi-échelle (couplage calculs à l'échelle atomique -DFT- et modélisation classique des mécanismes de diffusion) de certains processus clefs identifiés comme intervenant dans la fragilisation par l'hydrogène dans le nickel. Nous nous intéresserons en particulier aux interactions entre l'hydrogène et les défauts cristallins dans le nickel (clusters de lacunes et auto-interstitiels) et l'influence de l'hydrogène sur la mobilité des lacunes. Ce projet théorique s'insère dans le cadre d'une collaboration plus large avec un groupe expérimental (J. Chêne CEA) qui porte sur la formation de clusters lacune-H dans un monocristal et la ségrégation intergranulaire dans le nickel ultra pur polycristallin. Les cinétiques d'oxydation seront étudiées, par ailleurs, sur un alliage modèle plus proche des alliages industriels.
Nous utiliserons des calculs de structure électronique basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) pour étudier les différentes interactions entre l'hydrogène et les lacunes. Parallèlement, une étude par Dynamique Moléculaire classique et Monte Carlo sera menée pour déterminer les mécanismes de piégeage qui permettront par la suite d’évaluer la diffusion apparente des lacunes.

Nous espérons, grâce à cette approche originale, être capable d'analyser et prévoir les processus microscopiques à l'origine de la CSC.