Influence des dépôts minéraux et des sollicitations mécaniques dynamiques sur la corrosion en conditions géothermiques – GeoSteelCor

Le développement de l’énergie géothermique est un des moyens les plus prometteurs pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. En raison de la corrosivité élevée des fluides géothermiques et de leur pouvoir à former des dépôts minéraux, la sélection de matériaux métalliques appropriés est un défi pour son développement. L’un des principaux verrous scientifiques abordé par le projet est la compréhension des mécanismes d’initiation et de propagation des fissures à l’interface dépôt minéral/acier. L'utilisation de la nouvelle plateforme CorRTEx offre une chance unique de reproduire la plage de température et de pression des exploitations géothermiques (jusqu'à 350 ° C et 200 bar). La première tâche consistera à implanter un système d'échangeur de chaleur équipé de mesures électrochimiques à l'intérieur de la boucle CorRTEx pour contrôler la formation des dépôts. La circulation d'un fluide de chauffage/refroidissement à l'intérieur du tube créera des conditions favorables à la précipitation des minéraux à la surface externe du tube de l'échangeur. À la fin de cette tâche, un équipement HP-HT entièrement opérationnel sera disponible pour la tâche 2 qui étudiera l'impact des compositions de saumures, de conditions de champs géothermiques sur la formation de dépôts et la corrosion localisée. Les surfaces recouvertes de dépôts seront caractérisées selon des méthodologies électrochimiques globales et locales. Un autre paramètre important est l'état microstructural du matériau qui conditionne sa réactivité: un acier inoxydable passivable de type 316 avec ou sans écrouissage, et des aciers au carbone à structure ferrito-perlitique (J55) et martensite revenue (P110) seront sélectionnés. Deux méthodes seront utilisées pour promouvoir les dépôts minéraux sur la surface. La première qui sera utilisée à la fois sur une boucle de laboratoire et sur celle CorRTEx sera l'application d'un gradient thermique. La deuxième méthode de laboratoire est inspirée des travaux de géosciences: le blocage du tube est réalisé par le mélange à son entrée de deux solutions, la première contenant l'anion, tandis que la seconde contient le cation, favorisant une précipitation rapide. Les résultats obtenus permettront de comprendre (i) la cinétique de formation des dépôts dans différentes conditions d'essai, (ii) la composition des couches (pseudo-) passives ou non, (iii) les mécanismes de corrosion localisée ce qui permettra d'adapter les modèles de corrosion localisée aux environnements géothermiques. Les résultats de cette tâche seront directement appliqués pour la tâche 4 consacrée à l'étude de l'effet des dépôts minéraux sur la fissuration par corrosion sous contrainte (CSC) et à sa modélisation. Afin d'étudier cet effet sur le CSC dans des conditions de chargement et de vitesse de déformation imposées (statiques et dynamiques), la tâche 3 implémentera une machine de traction dans la boucle CorRTEx associée à des mesures électrochimiques. La tâche 4 vise à comprendre l'impact des dépôts minéraux sur les différentes étapes de l'évolution de la corrosion localisée de surface vers des fissures de CSC à croissance stable qui dépendent des milieux corrosifs locaux au fond de fissure. La microscopie 3D, les données EBSD, EDS seront utilisées pour étudier l'influence de la microstructure et de la cristallographie sur la nucléation des fissures, leur vitesse de propagation et leur trajectoire. Les modèles de propagation assistée par dissolution basés sur la vitesse de déformation du fond de fissure seront revisités. Dans la tâche 5, une attention particulière sera consacrée à la diffusion des résultats à la fois pour le grand public et celui technique et scientifique. Une partie de cette tâche sera consacrée à l'édition de recommandations sur les meilleures pratiques de sélection de matériaux résistants à la corrosion pour augmenter la sécurité et la fiabilité des systèmes de production d'énergie géothermique.