Motivations
La tenue des matériaux dans leur environnement touche tous les secteurs industriels et couvre un large périmètre en termes :
- de matériaux (principalement métalliques : aciers peu ou faiblement alliés, aciers inoxydables, base nickel….mais aussi oxydes et céramiques pour le combustible),
- d’environnements (environnements aqueux saturés et insaturés, gaz, milieux fondus)
- de sollicitations (température, pression, irradiation, chimiques, mécaniques et même biologique – bio corrosion),
- d’échelles spatiales (depuis l’échelle du matériau (nano, micro, méso) jusqu’à l’échelle du composant (macro),
- d’échelles temporelles (de quelles décennies pour les réacteurs et usines jusqu’à plusieurs millénaires dans le cas, par exemple, du stockage géologique de déchets radioactifs).
Des champs disciplinaires aussi divers que la thermodynamique, la thermochimie, la réactivité de surface, les propriétés de transport aux interfaces, l’étude de couplages (entre chimie, transport, mécanique, thermique, radiolyse), l’évolution et le comportement à long et très long terme ainsi que la modélisation sont impliqués.
Cette thématique regroupe :
- la corrosion aqueuse généralisée et localisée (piqûration), la corrosion sous contrainte et la fragilisation par l’hydrogène, sous des sollicitations multiples (chimiques, biologiques, mécaniques, irradiation…),
- la corrosion non-aqueuse avec des effets d’environnements aussi variés que les gaz à hautes températures, les milieux fondus (verres, sels et métaux liquides) ou encore les milieux acides avec en particulier l’acide nitrique,
- la thermodynamique des matériaux haute température et la modélisation atomistique (calculs ab initio et dynamique moléculaire) qui vise à élaborer des bases de données thermodynamiques et thermochimiques qui sont indispensables pour prédire le comportement des matériaux dans le cadre des accidents graves, la physico-chimie des combustibles, ou encore pour optimiser les procédés de fabrication (amont du cycle nucléaire, biomasse seconde génération).
- L’ingénierie des surfaces.
La tenue des matériaux, les mécanismes, les modèles et les lois de comportement de nature physico-chimique des matériaux dans les milieux étudiés sont établis à l’aide de moyens expérimentaux spécifiques et fortement instrumentés, couplés à l’utilisation de modélisations et de simulations numériques avancées.
L’allongement de la durée de fonctionnement des installations industrielles et des ouvrages de génie civil, ainsi que l’évolution des propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés pour développer et optimiser les procédés, nécessitent de renforcer la démarche de prédiction des phénomènes de corrosion généralisée ou localisée, actuellement essentiellement expérimentale et semi-empirique, par une base plus fondamentale de description des phénomènes de corrosion et d’évolution des propriétés des matériaux, et ainsi fiabiliser ces prédictions. Les progrès réalisés dans la compréhension physico-chimique des phénomènes associés à ceux de la modélisation numérique et des moyens de calculs permettent aujourd’hui d’envisager l’émergence d’outils de simulation numérique multi-physiques et multi-échelles capables de contribuer à la prédiction des phénomènes de corrosion et sur le comportement des matériaux dans divers environnements. Les principaux phénomènes concernés incluent la corrosion généralisée, passivité et la rupture de la couche passive, la piqûration et la corrosion caverneuse, la corrosion intergranulaire, les phénomènes de corrosion sous contrainte, de fragilisation par l’hydrogène et de fragilisation par les métaux liquides.