Renforcement de l'acier par injection d'hydrogène

Une équipe de chercheurs de l'Université de Kyushu et de l'Institut National des Sciences et Techniques Industrielles Avancées (AIST), dirigée par le professeur MURAKAMI Yukitaka, a découvert que sous certaines conditions, l'hydrogène pouvait renforcer la résistance à la fatigue de l'acier. Ce résultat est surprenant dans la mesure où les scientifiques cherchaient à expliquer le phénomène bien connu de fragilisation par l'hydrogène, c'est-à-dire la détérioration des propriétés mécaniques d'un métal en présence d'hydrogène.

L'équipe a mené une expérience sur trois échantillons d'acier inoxydable qui présentaient une concentration initiale d'hydrogène de 2,2 ppm (échantillon a), 2,4 ppm (échantillon b) et 2,4 ppm augmentée à 109,3 ppm par injection (échantillon c). Ces échantillons ont été soumis à une contrainte répétée toutes les secondes (a et c) ou une fois toutes les 100 secondes (b). L'expérience s'est déroulée à l'air ambiant (a et c) ou dans une atmosphère d'hydrogène sous une pression de 0,7 Pa (b). Les échantillons ont ainsi dû être soumis 8 200 fois (a), 2 450 fois (b) et 32 600 fois (c) à la contrainte pour qu'une fissure d'une taille initiale de 0,2 mm s'étende et atteigne la longueur de 3 mm.

On peut conclure de cette expérience que si la présence d'hydrogène dans l'atmosphère environnante semble bien fragiliser l'acier (comparaison entre a et b), l'injection au préalable d'hydrogène en très grande quantité dans l'acier semble le renforcer (comparaison entre a et c).

Une telle découverte pourrait s'avérer capitale pour le développement des infrastructures de stockage de l'hydrogène. En effet, ce dernier, pressenti par certains industriels pour devenir le carburant du futur, doit être stocké sous très forte pression (les pressions de stockage dans des véhicules sont en général au Japon de 35 MPa ou de 70 MPa). Les réservoirs doivent donc être suffisamment résistants pour éviter tout danger (risque d'explosion). Or, il peut arriver que la durée de vie de ces derniers, initialement de trente ans, soit réduite à un an du fait de la fragilisation par l'hydrogène. Les industriels ont donc développé des techniques pour limiter la diffusion du contenu (l'hydrogène) dans le contenant. Malgré cela, l'hydrogène finit par pénétrer dans le métal. Bien que les pressions utilisées soient très différentes entre l'étude et l'application envisagée, les chercheurs pensent que cette découverte pourrait ouvrir la voie vers le développement d'infrastructures plus résistantes.