Etude micromécanique in situ des solides dans des conditions extrêmes – INSTINCT

La compréhension des mécanismes de déformation à l'échelle submicronique est la clé pour concevoir de nouveaux matériaux et alliages dédiés aux applications industrielles, en raison de la différentiation des propriétés mécaniques des matériaux à petit échelle. Ceci nécessite la détermination des déformations/contraintes, de la distribution des dislocations et de l'évolution globale de la microstructure, ce qui est souvent extrêmement difficile. Les applications industrielles (micro-capteurs notamment) se sont généralisées et sont utilisées au quotidien comme composants fonctionnels à base de métal. Nous pouvons les trouver dans les environnements les plus difficiles et les plus exigeants, tels que les satellites, les appareils mobiles, etc. Pour que ces composants fonctionnent avec précision et fiabilité, il est nécessaire de les construire selon les mécanismes de déformation à micro-échelle. Les processus microstructuraux lors du chargement mécanique externe sont difficiles à observer en raison de la nature multi-échelle complexe du phénomène. Le comportement des matériaux a principalement été étudié expérimentalement à de faibles vitesses de déformation (<1/s) et à des températures modérées (jusqu'à ~400°C). Les développements récents peuvent maintenant nous permettre d'explorer les effets liés aux taux de déformation élevés (< 1000/s) et de comparer les résultats de la modélisation avec les observations expérimentales. Il est donc essentiel de comprendre les effets de taille liés aux dislocations à cette petite échelle non seulement dans des conditions normales mais aussi dans des situations extrêmes.
Lorsque de l'hydrogène est présent dans le solide (par des procédés électrochimiques humides, introduit lors de la fabrication/exposition environnementale ou après contact avec de l'hydrogène gazeux à haute pression), il peut provoquer une fragilisation ou fissuration accrue en présence de contraintes. Cela conduirait éventuellement à une durée de vie réduite ou à une défaillance critique du composant. Bien que la dégradation des performances mécaniques des métaux par l’hydrogène soit connu depuis longtemps, les mécanismes à l'échelle microscopique restent un sujet de débat.
Le projet INSTINCT vise à ouvrir la voie à la caractérisation mécanique des matériaux soumis à des conditions environnementales extrêmes à petite échelle. Ces conditions comprennent des taux de déformation élevés (<1000/s) et des températures variantes entre la cryogénie (jusqu'à -150°C) et les gammes moyennes (<400°C). En particulier, INSTINCT vise à étudier les caractéristiques des matériaux dans le contexte de l'hydrogène en acquérant des connaissances sur la façon dont la présence d'hydrogène modifie la nucléation et mobilité des dislocations. L’étude de l’interaction des dislocations et atomes d’hydrogène avec les phases et les joints de grains sera menée dans le cadre de ce projet, au travers d'expériences in situ à haute résolution spatiale. Un système de chargement d’hydrogène in situ sera conçue pour résoudre le problème de dégazage continu. Cette cellule sera compatible avec le dispositif de nanoindentation et le microscope électronique à balayage, permettant simultanément la déformation et l'analyse microstructurale d'échantillons miniaturisés. L'approche innovante et unique proposée soutiendra la tentative de tendre vers une mobilité à zéro émission et un développement économe en énergie.
Le projet contribuera non seulement à la science fondamentale, mais il soutiendra les initiatives de la Commission EU (et de la France) concernant la stratégie de l'hydrogène d'ici 2030. Les sujets de recherche proposés montrent une nouvelle approche en physique expérimentale. La combinaison unique des méthodes expérimentales impliquées n'a jamais été mise en œuvre auparavant pour résoudre le comportement des dislocations en présence d'hydrogène, et par conséquent INSTINCT a un grand potentiel pour la recherche scientifique sur les matériaux innovants.