Maxime DOTTOR soutiendra sa thèse intitulée

Etude expérimentale et thermodynamique de systèmes métal-hydrogène

jeudi 16 décembre 2021 à 14h30 à l’auditorium de l’ICMPE.

Le jury sera composé de :

Dr. Pierre BENIGNI                                                                IM2NP, Marseille (Rapporteur)

Pr. Jean-Louis BOBET                                                               ICMCB, Pessac (Examinateur)

Dr. Jean-Claude CRIVELLO                                        ICMPE, Thiais (Co-Directeur de thèse)

Dr. Patricia DE RANGO                                             Institut Néel, Grenoble (Rapporteure)

Dr. Christine GUÉNEAU                            CEA Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette (Examinatrice)

Dr. Jean-Marc JOUBERT                                                 ICMPE, Thiais (Directeur de thèse)


Résumé

Les systèmes métal-hydrogène offrent un grand nombre d’applications parmi lesquelles le stockage d’hydrogène est la plus importante. En revanche, l’hydrogène peut avoir aussi des effets nuisibles dans certains alliages de structure (fragilisation par l’hydrogène). La plus grande partie des propriétés d’usage comme les propriétés de stockage (capacité, pression et température d’absorption et de désorption) sont liées aux propriétés thermodynamiques des systèmes. Les investigations expérimentales sur ces systèmes ont toujours besoin d’être complétées. D’autre part, les mesures ont besoin d’être rationalisées par un effort de modélisation.
La méthode de modélisation employée dans cette thèse est la méthode Calphad (Calculation of phase diagrams). Calphad est une méthode semi-empirique et phénoménologique, c’est-à-dire l’énergie de Gibbs correspondant à chaque phase est obtenue par une étape d’optimisation des données expérimentales et/ou théoriques. Cette méthode a été développée afin de constituer des bases de données thermodynamiques pour des systèmes multi-constituées. Ces bases de données permettent ensuite de calculer des diagrammes de phases ainsi que d’autres grandeurs thermodynamiques en fonction de la composition, de la pression et de la température.
Ce mémoire de thèse vise à compléter les données disponibles dans la littérature soit par des mesures expérimentales des propriétés d’absorption dans des systèmes binaires ou ternaires, soit par un travail de modélisation. Selon les systèmes, l’une ou l’autre des approches, mais aussi parfois les deux, ont été mises en oeuvre. Les systèmes étudiés ont été :

  • des systèmes binaires cubiques centrés, Cr–H et H–Nb, qui ont été entièrement modélisés. L’extrapolation en utilisant notre modélisation a permis de prédire des propriétés d’absorption dans le système ternaire Cr–H–Zr qui ont été vérifiées expérimentalement.
  • des systèmes modélisés à haute pression (dizaines de GPa) tels que le Cr et le Cr–H.
  • des systèmes ternaires à base de zirconium, H–Nb–Zr, dans le cadre de l’application de ces matériaux comme gainage du combustible nucléaire.
  • d’autres systèmes relativement méconnus expérimentalement ou thermodynamiquement dans le cadre d’études plus fondamentales, le système H(D)–Hf. Une nouvelle description de ce système est proposée en intégrant la description complète de deux phases nouvelles de ce diagramme de phases dont les structures complètes ont été identifiées pour la première fois.
    L’ensemble des systèmes étudiés et modélisés a permis de constituer un embryon de base de données thermodynamique centrée sur les systèmes métal-hydrogène.