Dans ce projet, nous nous sommes attachés à la modélisation mésoscopique du transport d’espèces chimiques chargées à l’intérieur d’une zone confinée (piqûre de corrosion) d’un acier inoxydable, en tenant compte des toutes les réactions chimiques possibles. Nous nous sommes intéressés particulièrement à l’étude du rôle de l’acidité locale (pH) dans la « passivation » des piqûres. La méthode des éléments finis: FEM sous COMSOL est la principale technique utilisée pour résoudre les équations pilotes. L’objectif est de préciser les conditions d’aggravation du dommage en corrosion. Cette démarche a permis d’expliquer notamment l’influence des éléments d’alliage entrant dans la composition chimique des aciers inoxydables industriels.

Références:

• Influence of the alloying elements on pitting corrosion of stainless steels: A modeling approach
  B Malki, T Souier, B Baroux, in Journal of The Electrochemical Society,  155, C583-C587 (2008).

La corrosion caverneuse est un phénomène de corrosion localisée qui se développe dans des zones confinées. Elle met en jeu des processus électrochimiques complexes liés à des paramètres géométriques (sévérité du confinement), métallurgiques (inclusions, précipités) et chimiques (acidité du milieu, concentration en chlorures, température). Elle intervient principalement à la surface des métaux passivables, tels que les aciers inoxydables.

Ici, un modèle 2D basé sur un mécanisme d’acidification progressive est développé. Ce mécanisme est communément admis comme moteur principal de propagation de la corrosion caverneuse. L’intérieur de la caverne devient alors le siège de la seule réaction anodique. lorsque le pH local dépasse un seuil critique (pH_d) la progression de la corrosion est active. L’analyse des résultats a conduit à la formulation des conditions critiques d’aggravation du dommage en corrosion en termes de courant appliqué I_G et de pH. 

Références:

• Influence of the alloying elements on crevice corrosion of stainless steels: a modeling approach
  Rev. Metall., 108 4 225-229 (2011).

L’objectif de ce projet est la mise en place d’un cadre conceptuel de compréhension des phénomènes à l’œuvre lors de la déposition par électrophorèse de nanoparticules d’oxyde sur un substrat métallique. Il s’agit de dégager des critères quantitatifs caractérisant toutes les étapes de déposition. Le but est de disposer d’un outil d’aide à la décision permettant d’optimiser le processus. Pour ce faire, nous avons développé deux modèles permettant d’englober les deux phénomènes dominant la déposition des nanoparticules : le transport de nanoparticules et l’électrocinétique. Une résolution numérique des équations pilotes des modèles a permis de cerner le point de fonctionnement expérimental en termes de données d’entrée du modèle, de temps caractéristique de la déposition et de l’épaisseur déposée.

L’objectif de ce projet est de développer des modèles numériques base éléments finis simulant le fonctionnement des microbatteries au lithium. Le but est de disposer d’un outil permettant de corréler les performances de différents types de microbatteries aux procédés d’élaboration des électrodes poreuses (déposition éectrophorétique EPD…).

L’enjeu technique du projet repose sur :

• la volonté de disposer d’un modèle physico-chimique permettant de simuler le fonctionnement d’une microbatterie en relation directe avec les mesures expérimentales de performances.
• le besoin de comprendre le comportement des électrodes élaborées par procédé EPD ainsi que le rôle de la microstructure métallurgique des électrodes (porosité, interfaces solides/liquides, solide/solide …) sur leur performance électrique.
• l’ambition de mettre au point une procédure de choix de matériaux d’électrodes, d’électrolytes et des paramètres de contrôle des procédés d’élaboration, dans la perspective d’optimisation des spécifications et du dimensionnement de nouvelles architectures de microbatteries.

Les composants en alliage de zirconium habituellement utilisés en réacteur nucléaire comme gaine de combustible, sont soumis à une corrosion par l’eau et la vapeur sous forte pression et à haute température (600°K). Des phénomènes de couplage galvanique en milieu à fort potentiel d’oxygène peuvent également intervenir, l’irradiation étant un facteur accélérateur. Afin de mieux comprendre les paramètres influant sur la cinétique de croissance de la couche d’oxyde, une modélisation est requise.

Ce projet a pour but de développer un modèle FEM de corrosion des alliages de zirconium sous COMSOL et de l’appliquer au cas de la corrosion en réacteur nucléaire à eau bouillante BWR, et en particulier au phénomène dit «Shadow Corrosion». Ce modèle fait intervenir le transport réactif en phase solide de différentes espèces couplé à des réactions électrochimiques interfaciales. Les équations pilotes sont déduites de l’approximation linéaire entre les forces et les flux dérivée de la thermodynamique des processus irréversibles.

Références:

• Numerical analysis of the galvanic coupling in the shadow corrosion of zirconium alloy
  P. Buttin, B. Malki, P. Barberis and B. Baroux, in  Journal of Nuclear Materials 420, 591–596 (2012)
  

L’introduction d’une approche prédictive de la corrosion sur structure aéronautique, est un concept innovant qui apparaît aujourd’hui comme un enjeu stratégique essentiel. L’objectif de ce projet est de développer une modélisation de la corrosion structurale (corrosion dite exfoliante) d’un alliage d’aluminium à haute teneur en Zn. Une modélisation de l’évolution de la composition chimique de l’électrolyte en zone confinée avec notamment la prise en compte d’une phase solide correspondant aux produits de corrosion, bien que relativement complexe (peu voire pas de travaux ont été réalisés dans ce domaine), est mise en œuvre. Elle est effectuée avec le programme COMSOL, en conditions quasi-stationnaires. L’objectif est de calculer les profils de potentiel et des espèces chimiques le long du joint de grains afin de cerner les conditions critiques de localisation de la corrosion, notamment le rôle de l’hydrogène gazeux et de la précipitation des espèces chimiques pouvant être à l’origine d’éventuels effets mécaniques.

En collaboration avec l’équipe de R. Oltra et de B. Vuillemin de l’Institut Carnot Université de Dijon, nous avons développé des modèles FEM ayant pour objectif de reproduire qualitativement les figures de corrosion par couplage galvanique d’un alliage d’aluminium obtenues en microscopie électrochimique (SECM).

Dans ce projet, un usage intensif de la formulation arbitrairement Lagrangienne-Eulérienne est effectué pour suivre l’évolution des «tranchés» corrodés au cours du temps. L’objectif est de prédire correctement les profondeurs d’attaque mesurées expérimentalement.

Références:

• Influence of aeration on the localized trenching on aluminium alloys
  R. Oltra, B. Malki and F. Rechou in Electrochimica Acta 55, 4536–4542 (2010).