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• EFFET DE L’HUMIDITÉ ET DE L’H2S SUR LA FRAGILISATION PAR L’HYDROGÈNE DES ACIERS POUR DU STOCKAGE SOUTERRAIN DE GAZ CONTENANT DE L’H2

  DÉBUT DE LA THÈSE : 01/10/2024 - DATE LIMITE DE CANDIDATURE : 01/10/2024

  Le stockage de l’énergie est un enjeu crucial dans le cadre du déploiement des énergies renouvelables dans le mix énergétique. L'hydrogène semble en l’état le vecteur énergétique le plus prometteur pour répondre à cette problématique et atteindre à terme la neutralité carbone. De ce fait, le développement d'infrastructures gazières spécifiques est nécessaire. Il s’agira notamment de cavités salines, comme c'est déjà le cas pour le gaz naturel. De plus, les biométhanes issus de la pyrogazéification contiennent 2% d’hydrogène. De l’hydrogène en mélange ou pur sera donc présent dans les infrastructures de gaz naturel existantes. Dans les stockages souterrains, qu'il s'agisse de stockages aquifères ou de cavités salines, de l'eau liquide (ou de la saumure) est en contact avec le gaz. Par conséquent, la teneur en vapeur d'eau du gaz soutiré des stockages est plus élevée que celle du gaz injecté provenant du réseau de transport. Elle peut même atteindre la saturation aux conditions de température et de pression de fond de puits. Par ailleurs, dans des conditions spécifiques (c'est-à-dire des stockages particuliers, majoritairement en nappe aquifère), du « souring » (production d’H2S) peut être observé.

  L'injection d'hydrogène, pur ou dans le biométhane mélangé au gaz naturel, dans les équipements des stockages souterrains expose les matériaux à son contact aux risques de fragilisation par l'hydrogène. Ce phénomène physique repose sur l’absorption d’hydrogène par le matériau métallique. Cela a pour conséquence de réduire la force des liaisons interatomiques et in fine de dégrader ses propriétés mécaniques (ductilité, ténacité...). Cette fragilisation peut se traduire par la propagation accélérée (par rapport au gaz naturel) de fissures sur des défauts de la structure. La littérature manque de données sur l'effet de la vapeur d'eau et des faibles teneurs en H2S sur la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène des aciers utilisés dans les infrastructures de stockages souterrains de gaz. Néanmoins, la littérature a mis en évidence l'impact de certaines impuretés du gaz sur la fragilisation des aciers par l'hydrogène. En particulier, l'oxygène inhiberait la fragilisation par l'hydrogène des aciers, tandis que l’H2S agirait comme un catalyseur.

  La thèse étudiera une configuration environnementale caractéristique du stockage souterrain de gaz : gaz humide saturé en eau, i.e. avec une couche d'eau liquide superficielle en contact avec la surface du matériau. Deux matrices de gaz seront investiguées : le gaz naturel et l’hydrogène pur. Ces matrices seront mélangées à différentes proportions. Dans ce cadre, le comportement mécanique des matériaux sera testé dans ces milieux gaz naturel/hydrogène en présence ou non des constituants secondaires, qui sont la vapeur d’eau, le sulfure d’hydrogène et/ou l’oxygène.

  Ce sujet de thèse vise à identifier les mécanismes d’absorption de l’hydrogène dans les différents milieux mentionnés et son impact sur la dégradation des propriétés mécaniques de matériaux utilisés industriellement pour le stockage souterrain de gaz.

  Cela sera réalisé avec des expériences croisées pour comprendre les mécanismes de compétition entre les différentes sources d'hydrogène (H2, H2O, H2S) et l'effet de la formation des couches de surface sur l’acier (par exemple : couches d'oxydes, hydroxydes, carbonates ou de sulfures).

  Cette thèse a une base expérimentale conséquente au coeur de la réflexion. Les travaux expérimentaux seront réalisés par l’étudiant-e. La thèse sera organisée de la manière suivante :

  1) Réalisation d’une étude thermodynamique à partir des données de la littérature afin d’établir les produits de corrosion stables thermodynamiquement ;
  2) Caractérisations expérimentales des produits de corrosion effectivement formés sur l’acier dans les différentes conditions d’exposition ;
  3) Elaboration des mécanismes de dégradation chimique des matériaux dans les milieux étudiés et établissement des cinétiques d’absorption d’hydrogène et/ou de croissance de produits de corrosion avec identification des étapes cinétiquement limitantes de ces processus ;
  4) Réalisation d’essais de mécanique de la rupture (essais de ténacité) en environnement gazeux à haute pression ;
  5) Caractérisations expérimentales des modes d’endommagement ;
  6) Identification de la relation entre l’activité de l’hydrogène et les modes d’endommagement.

  L’étudiant-e sera employé-e par et basé-e à l’Institut de la Corrosion de Fraisses (42) et sera amené-e à se rendre au CEA Saclay (91) régulièrement pendant les trois années de thèse.

  La thèse est financée par STORENGY SAS pour le compte de ces trois filiales de stockage de gaz en France, Allemagne et Angleterre dans le cadre d’un programme de R&D mutualisée.

  PROFIL ET COMPÉTENCES RECHERCHÉES

  • Master recherche ou ingénieur en sciences des matériaux / mécanique / corrosion.
  • Capacité à faire de la bibliographie, effectuer des travaux expérimentaux en autonomie. Esprit de synthèse.
  • Appétence pour le développement de nouveaux dispositifs expérimentaux et la recherche dans un contexte industriel.

  Industriel : STORENGY SAS.

  Contacts :

  Clara JUILLET clara.juillet@storengy.com

  Xavier CAMPAIGNOLLE xavier.campaignolle@storengy.com

   

   

   

  LABORATOIRE D'ACCUEIL : Institut de la Corrosion. Lieu : Fraisses (42).

  Contacts

  Christophe MENDIBIDE christophe.mendibide@institut-corrosion.fr

  Laura MOLI-SANCHEZ laura.moli-sanchez@institut-corrosion.fr

   

  COLLABORATION : CEA Saclay (91).

  Contacts :

  Marc TUPIN (Directeur de thèse) marc.tupin@cea.fr

  Frantz MARTIN frantz.martin@cea.fr

   

   

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• DATE LIMITE POUR POSTULER : 15/06/2024

  DURÉE : 12 mois. DATE DE DÉBUT PRÉVISIONNEL : 01/10/2024.

  Le CIRIMAT propose l'offre de contrat post doctoral suivante :

   

  Étude des interactions entre hydrogène et oxydes de surface.  Application au développement d’une approche par équivalence entre chargements en hydrogène par voie aqueuse et gazeuse

   

   

  Le projet HYperStock est l’un des 7 projets ciblés du PEPR – Hydrogène décarboné, qui vise à consolider le leadership scientifique français dans le domaine du stockage et de la distribution de l’hydrogène sous haute pression. C’est un élément essentiel de la chaîne de valeur de l’hydrogène sur laquelle l’effort de recherche et d’innovation doit porter en vue notamment d’une décarbonation de la mobilité lourde. Le défi matériau est ainsi considérable et ce projet propose d’établir un référentiel « matériaux en environnement sévère H₂ », couplé à des méthodologies de sélection, permettant d’étudier et d’identifier le potentiel de nouveaux candidats « matériau ».

   

  L’un des axes de recherche identifiés dans la partie durabilité des matériaux sous H₂ du projet HYperstock est l’étude de la sensibilité des métaux et alliages métalliques (un acier de transport L485 (ferrito-perlitique), un acier de stockage martensitique revenu et du fer Armco^®) à la fragilisation par l’hydrogène. Cette offre de contrat post-doctoral s’inscrit dans cet axe et viendra en support aux travaux de deux thèses menées en parallèle chez d’autres partenaires du projet (CEA DES, LGF Mines Saint-Etienne, CEA/LITEN, LaSIE).

   

  Plus précisément, le travail à réaliser concernera l’étude des interactions entre l’hydrogène et les oxydes de surface : il s’agira de mettre au point et/ou mettre en œuvre des méthodes de suivi (XPS/Auger, SKPFM) des évolutions de surface du métal (couche d’oxyde) en présence d’hydrogène, avec ou sans sollicitation mécanique du matériau. Le but est en particulier d’analyser l’effet « barrière » de ces oxydes à la pénétration de l’hydrogène. Cela sera notamment analysé dans le contexte d’un chargement cathodique au moyen d’analyses SKPFM et GDOES.

   

  PROFIL RECHERCHÉ

  La personne recrutée devra posséder de solides connaissances dans le domaine des matériaux métalliques et particulièrement de leurs microstructures. Une expérience dans le domaine de la fragilisation par l'hydrogène et/ou des techniques associées serait un plus. La personne recrutée devra avoir un goût prononcé pour l'expérimentation et le travail en équipe.

   

  Lieu de l’étude : CIRIMAT/ENSIACET-  INP Toulouse.

   

   

  CANDIDATURES A ADRESSER AVANT LE 15/06/2024

   

  Les candidatures (CV + Lettre de motivation) sont à adresser à :

  Christine Blanc – Tél. : 05 34 32 34 07 – Mél. : christine.blanc@toulouse-inp.fr

  ET

  Grégory Odemer – Tél. : 05 34 32 34 38 – Mél. : gregory.odemer@toulouse-inp.fr

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• THÉSE DE 3 ANS, DÉBUT AU COURS DU QUATRIÈME TRIMESTRE 2024 ( 4 novembre)

  THÈSE À IFP ÉNERGIES NOUVELLES (IFPEN) EN COLLABORATION AVEC APERAM en Génie des Matériaux

  Sujet : ÉTUDE DES RISQUES DE CORROSION DANS LES PROCÉDÉS DE TRANSFORMATION DE LA BIOMASSE ET DE RECYCLAGE DES PLASTIQUES

  Dans le cadre des activités d’IFPEN sur la transition énergétique et le développement durable, une thèse de doctorat est proposée au sein du département Electrochimie et Matériaux à IFPEN Solaize (69360), à 10 km de Lyon, en collaboration avec la société APERAM.

  Le travail porte sur les procédés de transformation de la biomasse et le recyclage des plastiques. Plus particulièrement, il s’agit d’étudier les risques de corrosion sous contrainte par les chlorures (CSC-Cl) des aciers inoxydables austénitiques qui peuvent être rencontrés dans ces procédés. En effet, les niveaux de température élevés (jusqu’à 300°C), la présence de chlorures organiques, et la formation d’eau constituent des facteurs de risque bien connus. Néanmoins, peu d’études approfondies ont été menées dans des domaines de température au-delà d’une centaine de degrés et dans des milieux contenant des chlorures organiques.

  La première phase du travail visera à caractériser les environnements rencontrés dans les procédés d’hydrotraitement de la biomasse et dans le recyclage des plastiques. Cette étude sera menée avec l’aide des experts IFPEN dans les domaines des procédés et de la thermodynamique. En parallèle, la doctorante ou le doctorant développera des méthodes de laboratoire pour reproduire la CSC-Cl à des températures élevées. Différentes méthodes seront envisagées, allant de simples coupons sous contrainte statique (type U-bend) exposés en autoclave jusqu’à des éprouvettes de traction exposées en chambre climatique.

  L’objectif sera de définir une méthodologie simple et robuste pour l’appliquer dans la seconde partie de la thèse. Là, les objectifs seront d’évaluer et de comprendre l’impact des paramètres environnementaux identifiés dans l’étude des procédés. Par exemples, des comparaisons pourront être menées entre les effets des chlorures inorganiques et organiques. In fine, des stratégies de contrôle du risque de CSC-Cl seront étudiées, comme l’utilisation de métallurgies alternatives aux aciers inoxydables austénitiques.

  Ce travail sera mené en collaboration entre APERAM, qui sera l’employeur du doctorant ou de la doctorante (convention CIFRE), le département Electrochimie et Matériaux d’IFPEN et l’équipe MEMO du laboratoire CIRIMAT à l’Ensiacet-INP Toulouse. Il sera encadré par Pauline HUGUENIN (APERAM), Jean KITTEL (chercheur à IFPEN) et Christine BLANC (Professeure au CIRIMAT).

  Directeur de thèse : Prof. Christine BLANC, ENSIACET, ORCID : 0000-0003-2183-0671
  École doctorale :  ED482, SDM (Sciences de la Matière) Université de Toulouse
  Encadrant IFPEN : Dr Jean KITTEL, jean.kittel@ifpen.fr, ORCID : 0000-0002-8023-1153
  Localisation du doctorant :  IFPEN Lyon, France
  Employeur : APERAM

  Qualifications : Master en Génie des Matériaux ou Génie Mécanique
  Connaissances linguistiques : Anglais niveau B2 (CECR)
  Autres qualifications : Des compétences en corrosion et/ou sur les procédés ou le génie chimique seraient un atout supplémentaire
   

  Pour postuler, merci d’envoyer votre Lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN : jean.kittel@ipfen.fr

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