Soutenance de thèse – Sarah Alzein – 03 décembre 2025

La soutenance de thèse de Sarah Alzein aura lieu le mercredi 03 décembre 2025 à 10h dans l’amphithéâtre F2 de l’École des Mines de Saint-Étienne.

La thèse sera présentée devant un jury composé de :

• Jacques BESSON, Directeur de recherche, Mines Paris, CNRS, Examinateur
• Jamaa BOUHATTATE,  Maîtresse de conférences, Université de La Rochelle, Examinatrice
• Emilio MARTINEZ-PAÑEDA, Professeur associé, University of Oxford, Rapporteur
• Marc TUPIN, Directeur de recherche, CEA Saclay, Rapporteur
• Frederic CHRISTIEN, Professeur, Mines Saint-Étienne, Directeur de thèse
• Alixe DREANO, Maîtresse assistante, Mines Saint-Étienne, Co-encadrante
• Vincent BARNIER, Ingénieur de recherches, Mines Saint-Étienne, CNRS, Invité

La soutenance sera suivie d’un pot.

Résumé

La fragilisation par l’hydrogène constitue un enjeu majeur pour la fiabilité des matériaux métalliques utilisés dans les infrastructures de l’hydrogène. Si de nombreux travaux se sont concentrés sur les défauts internes (dislocations, lacunes, joints de grains), les effets liés aux porosités, à la rugosité de surface et aux couches d’oxydes demeurent peu explorés. Cette thèse vise à combler cette lacune en étudiant l’influence de ces caractéristiques souvent négligées sur l’absorption, la diffusion et le piégeage de l’hydrogène dans le fer pur et les alliages Fe–Cr.

Pour ce faire, une approche expérimentale et numérique intégrée a été développée, combinant des techniques de perméation électrochimique (EP), de spectroscopie de désorption thermique (TDS), de microscopie (MEB, AFM, FIB, EBSD, TKD) et d’analyse de surface (XPS, AR-XPS), appuyées par des modèles thermodynamiques hors équilibre.

Les résultats montrent que : (i) les microporosités agissent comme des pièges réversibles responsables d’un comportement atypique de diffusion (« double montée » dans les courbes de perméation) ; (ii) la rugosité de surface limite l’entrée d’hydrogène grâce à une recombinaison accrue, mais favorise sa rétention par les défauts de sous-surface induits mécaniquement ; (iii) les couches d’oxydes évoluent sous l’effet de l’hydrogène, l’oxyde de fer se réduisant sélectivement tandis que l’oxyde de chrome stabilise la couche passive.

Ces résultats apportent une compréhension élargie des mécanismes de fragilisation en intégrant les contributions de surface et de volume. Ils ouvrent des perspectives pour la conception de matériaux plus résistants aux environnements hydrogénés et pour le développement de stratégies de protection adaptées aux infrastructures de l’économie de l’hydrogène.

Mots-clés

Hydrogène ; diffusion et piégeage ; porosité ; rugosité ; oxyde