Piégeage de l'hydrogène dans un acier inoxydable: défauts microstructuraux modèles H/F

Piégeage de l'hydrogène dans un acier inoxydable: défauts microstructuraux modèles H/F

Description du poste

Sciences pour l'ingénieur

Intitulé de l'offre

Piégeage de l'hydrogène dans un acier inoxydable: défauts microstructuraux modèles H/F

Sujet de stage

Les aciers inoxydables austénitiques, comme le 316L ou le 304L, sont des candidats sérieux en tant que matériaux pour le transport et le stockage de l'hydrogène gazeux, et sont également utilisés dans des environnements agressifs hydrogénant, comme le circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée (EPR, SMR – Small Modular Reactors) car moins sensibles que d'autres au phénomène de FPH. Néanmoins, afin d'assurer l'intégrité des structures, il est impératif de pouvoir modéliser sur le long terme le comportement de ces aciers en présence d'hydrogène. Cette modélisation repose sur l'utilisation d'une base de données fiable représentant les interactions hydrogène - défauts (dislocations, joints de grains, lacunes etc.), qui sera nourrie par les résultats obtenus dans cette étude.

Durée du contrat (en mois)

5-6 mois

Description de l'offre

Au contact d’environnements contenant de l’hydrogène (H2, H2O par exemple), les métaux et alliages peuvent absorber une partie de cet hydrogène sous forme atomique. L’hydrogène en solution solide peut alors diffuser dans l’alliage et ségréger localement à l’échelle de la microstructure, par exemple aux joints de grains, précipités, de zones sous contrainte: on parle de piégeage de l’hydrogène. La présence d’hydrogène dans la microstructure peut conduire à l’affaiblissement des liaisons intermétalliques, et à la diminution des propriétés mécaniques, voire à la rupture prématurée du matériau: on parle de fragilisation par l’hydrogène (FPH).

Ce stage à 90 % expérimental s’attachera, via l’usage de matériaux modèles, à estimer dans un premier temps les énergies d’interactions entre l’hydrogène et divers défauts bien maîtrisés. Le second volet consistera à identifier les défauts les plus attracteurs pour l’hydrogène et déterminer la relation entre densité de défauts et densité de pièges pour l’hydrogène.

L’étude mettra en œuvre des échantillons modèles déjà présents au laboratoire ou préparés au début du stage. La nature et la distribution des défauts microstructuraux seront déterminés par observations en microscopie électronique (FIB-SEM, MET). Ces échantillons seront ensuite chargés en deutérium (traceur isotopique de l’hydrogène) par voie électrolytique. Les distributions spatiale et énergétique du deutérium dans l’acier inoxydable seront investiguées par profils de concentration SIMS (secondary ions mass spectrometry) et TDS (thermal desorption spectrometry) respectivement. L’éventuel impact de l’hydrogène sur les défauts microstructuraux sera également évalué. Ces données expérimentales seront analysées via un code de calculs numériques pour extraire les valeurs des énergies de liaison et densités de pièges associées.

Moyens / Méthodes / Logiciels

TDS, SIMS, traceur isotopique, microscopie électronique, métallographie, électrochimie

Profil du candidat

Niveau: Fin d'Etude Ecole d'Ingénieurs ou Master 2

Spécialités requises: Science des Matériaux, Chimie, Métallurgie

Profil candidat souhaité: curiosité, dynamisme, autonomie

Localisation du poste

Ville

Informations générales

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.
Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.
Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.
Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité

Référence

2024-34549

Description de l'unité

Au sein de la Direction des EnergieS du CEA, le Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux (S2CM) s'attache, par des programmes de recherche fondamentale et appliquée, à comprendre, modéliser et simuler les comportements des matériaux dans des environnements complexes et/ou extrêmes (eau pressurisée, acides concentrés, métaux liquides, sels fondus, milieux argileux et cimentaires, sous irradiation etc.).
Le spectre des domaines d'application des programmes du S2CM est extrêmement large, allant des études pour le nucléaire au biomédical, en passant par le secteur automobile et le génie civil. Le S2CM est constitué de 5 laboratoires ou sections: le LECA (Lab. d'Etude de la Corrosion Aqueuse), le LECNA (Lab. d'Etude de la Corrosion Non Aqueuse), le LM2T (Lab. de Modélisation en Thermodynamique et Thermochimie), le LECBA (Lab. d'Etude du Comportement des Bétons et Argiles) et la SRMP (Section de Recherche en Métallurgie Physique).