Topic description
La transition écologique impliquera, sur le long terme, une utilisation massive de l'hydrogène comme vecteur d'énergie décarbonée. Cela nécessitera la mise en place d'une industrie spécifiquement dédiée aux applications de transport, de stockage et de gestion des flux d'hydrogène gazeux sous hautes pressions ( à bars) (industrie, aviation, transports routier et ferroviaire).
Malheureusement, l'hydrogène, en diffusant dans les matériaux métalliques, peut entraîner leur fragilisation, voire leur ruine. Si le phénomène de fragilisation par l'hydrogène (FPH) commence à être bien étudié dans le domaine de la rupture et de la fatigue des matériaux, la réponse en frottement et en usure reste encore très mal connue.
L'objectif de cette thèse de recherche, combinant expérimentations et simulations, est de répondre à cet enjeu scientifique.
Disposant d'un équipement unique au monde (essai tribologique — fretting — en gaz sous très haute pression du CDM), l'étudiant(e) réalisera une recherche expérimentale afin de quantifier l'évolution du frottement et de l'usure en fonction des chargements tribologiques (force normale, amplitude de glissement, fréquence) et de la pression partielle d'hydrogène (5 à bars).
L'étude portera sur deux alliages métalliques (TA6V et L) dont la réactivité vis-à-vis de l'hydrogène est très différente, de façon à mettre en évidence l'influence de la microstructure sur les processus de dégradation induits par l'hydrogène.
Cette analyse expérimentale sera combinée avec des expertises (LTDS-CDM) (SEM, EDX, profilométrie 3D, EBSD, micro-Raman, nano-dureté), afin d'établir les scénarios d'endommagement.
Une fois les processus d'usure formalisés, une modélisation sera mise en place. Celle-ci consistera à combiner une simulation de l'usure avec le code ABAQUS «Wear Box» et un code «HELP» permettant de simuler les processus de diffusion de l'hydrogène sous l'effet des déformations plastiques générées sous l'interface, et ainsi de prendre en compte les phénomènes de FPH vis-à-vis de la cinétique de l'usure.
À partir de ce modèle, très innovant dans le domaine de la tribologie, il conviendra de modéliser les cinétiques d'usure expérimentales en intégrant l'ensemble des conditions de chargement (mécaniques et environnementales).
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The ecological transition will, in the long term, involve a massive use of hydrogen as a vector for decarbonized energy. This will require the establishment of an industry specifically dedicated to applications involving the transport, storage, and management of gaseous hydrogen flows under high pressure ( to bars) (industry, aviation, road and rail transport).
Unfortunately, hydrogen, by diffusing into metallic materials, can lead to their embrittlement or even failure. While the phenomenon of hydrogen embrittlement (HE) is increasingly well studied in the context of material fracture and fatigue, the effects on friction and wear remain poorly understood.
The objective of this research thesis, which combines experimental and simulation approaches, is to address this scientific challenge.
Equipped with a unique facility worldwide (a tribological test rig — fretting — operating in high-pressure gas at the CDM), the student will conduct experimental research aimed at quantifying the evolution of friction and wear as a function of tribological loading conditions (normal force, sliding amplitude, frequency) and the partial pressure of hydrogen (5 to bars).
The study will focus on two metallic alloys (TA6V and L) that exhibit very different reactivity to hydrogen, in order to highlight the influence of microstructure on hydrogen-induced degradation processes.
This experimental analysis will be complemented by advanced characterization techniques (LTDS-CDM) (SEM, EDX, 3D profilometry, EBSD, micro-Raman, nano-hardness) to establish damage scenarios.
Once the wear processes are formalized, a modeling framework will be developed. This will involve coupling a wear simulation using the ABAQUS 'Wear Box' with a 'HELP' code to simulate hydrogen diffusion processes under the effect of plastic deformations generated beneath the interface, thereby accounting for HE phenomena in the wear kinetics.
Based on this highly innovative model in the field of tribology, the aim will be to simulate experimental wear kinetics while incorporating all relevant loading conditions (mechanical and environmental).
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Début de la thèse : 01/10/
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