Endommagement Induit Par La Fragilisation Par Hydrogene

**ENDOMMAGEMENT INDUIT PAR LA FRAGILISATION PAR HYDROGENE (EIFH)**:

- Réf **ABG-133268**
- Sujet de Thèse
- 01/09/2025
- Contrat doctoral
- Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz
- Lieu de travail- METZ - Grand Est - France
- Intitulé du sujet- ENDOMMAGEMENT INDUIT PAR LA FRAGILISATION PAR HYDROGENE (EIFH)
- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Matériaux
- Mots clés- hydrogène gazeux et électrolytique, fatigue, pipeline

**Description du sujet**:
**_Contexte du projet et historique de collaborations _**

**_Motivation de la collaboration_**

La collaboration UIR - UL sera mise en œuvre sur la base de l’expérience et de l’expertise des deux équipes impliquées dans le domaine traité. Les deux équipes ont des compétences et expertises dans des thématiques de recherche complémentaires et indispensables pour la réussite de ce projet de recherche. Sachant que celles-ci interagiront sur l’ensemble des aspects scientifiques notamment en termes de modélisation, de simulation numérique et de caractérisation expérimentale.

Le LEM3 est une unité mixte de recherche (UMR) rattachée à l’Université de Lorraine, au CNRS et aux Arts et Métiers. Le LEM3 regroupe environ 250 personnes dont 150 personnels permanents (11 chercheurs, 105 enseignants-chercheurs, 45 personnels administratifs et techniques) et plus de 80 doctorants et post-doctorants.

Le laboratoire des énergies renouvelables et matériaux LERMA est formé par 34 enseignants-chercheurs, 6 postdocs et 50 doctorants. Il dispose de dispositifs classiques de caractérisation mécanique (Machine de traction Tinios 50KN, Mouton de Charpy, Mesure de dureté (indenteur), Machine de fatigue mécanique et barre de Hopkinson) et thermique (banc de mesure de conductivité thermique), de moyens d’investigations du comportement hydrique (étuve à humidité contrôlée, balance précise) et d’extraction des fibres. En matière de logiciels de calcul, LERMA dispose ComsolMultiphysics, Abaqus, Cast3m et Fluent Ansys pouvant servir dans le calcul de structures, de résolution des problèmes multiphysiques et de l’énergétique. Ainsi, l’équipe du LERMA de l’Université Internationale de Rabat (Maroc) travailleront sur une modélisation multi-échelles du phénomène de fragilisation de leur réponse thermo-hygro-mécanique. Elle s’occupera profondément du développement et de l’implémentation d’outils numériques sophistiqués basés sur des modèles micro-macro.

Notre proposition se focalise sur la mise en œuvre d'un contrat doctoral en cotutelle de 2025 à 2028, avec pour objectif principal de réaliser des travaux scientifiques sur une thématique liée à la sécurité du transport d’hydrogène (le déroulé de la thèse est présenté en Annexe 1). Les travaux de thèse décrits permettront aux deux équipes de monter en compétences, sur des aspects expérimentaux et numériques, sur cette thématique favorisée par les stratégies nationales, et de les partager. Ils permettront d’envisager ensuite de plus larges études (industrielles et/ou à plus longs termes) par l’intermédiaire de futurs dépôts de projets en commun avec des partenaires comme Air Liquide, Vallourec, etcLes deux équipes utiliseront des outils de travail collaboratif à distance pour travailler en commun sur les différents aspects du projet et assurer son pilotage et le co-encadrement du doctorant impliqué.

**_Objectifs et Etat de l’art_**

L’idée du présent projet est de caractériser expérimentalement et numériquement la tenue mécanique des aciers dans un milieu hydrogéné et d’en prédire la fragilisation ainsi causée de ces derniers. En effet, l’hydrogène est l’élément chimique le plus simple (un proton et un électron), le plus léger, mais également le plus abondant dans l’univers où il compose environ 75 % de sa masse totale. Il suscite de nombreux espoirs partout dans le monde. La France débloquera 7 milliards d’euros en faveur de la filière hydrogène d’ici 2030, dont 2 milliards intégrés dans le plan de relance. Que ce soit pour l’aérien, le ferroviaire, les camions ou les véhicules légers, l’hydrogène apparaît pour certains comme l’alternative rêvée au diesel ou au kérosène. Si l’hydrogène est encore produit à partir de gaz fossile, la France s’est engagée à décarboner progressivement cette production et à atteindre entre 20 et 40 % à horizon 2030 d’hydrogène vert. En effet, le seul sous-produit de la combustion du mélange hydrogène H2 / air comburant contenant de l’oxygène, est de la vapeur d’eau (pas de CO2, pas de NOx si la combustion est bien gérée). De plus, le pouvoir calorifique de l’hydrogène est particulièrement élevé : 119 MJ/kg en PCI, contre 49 MJ/kg (PCI) pour le butane et 50 MJ/kg PCI pour le gaz naturel.

**_Production de l’hydrogène_**

A l’heure actuelle, il est principalement issu de la pétrochimie par vaporeformage du méthane (CH4). Dans le futur, l’électrolyse de l’eau (décomposition de H20 avec de l’électricité) semble être une solution plus vertueuse en particulier à partir d’électricité verte (photovoltaïque, éolien,). L