La fragilisation par l’hydrogène est un phénomène qui affecte les aciers à haute résistance, provoquant une rupture fragile inattendue lorsque certaines conditions sont réunies. Dans le cas des boulons, ce type de défaillance représente un risque critique, car il compromet la sécurité des structures et des fixations.
Qu’est-ce que la fragilisation par l’hydrogène ?
La fragilisation par l’hydrogène, ou hydrogénation, se produit lorsque de l’hydrogène est introduit dans la structure cristalline de l’acier, entraînant une perte de ductilité et augmentant sa tendance à la rupture fragile.
Cette situation, combinée à des contraintes de traction, peut entraîner une rupture tardive des boulons, c’est-à-dire une rupture qui se produit quelques heures ou quelques jours après l’installation, sans signes visibles préalables.
Pourquoi la fragilisation par l’hydrogène se produit-elle ?
Pour qu’un boulon subisse une défaillance due à la fragilisation par l’hydrogène, trois facteurs doivent coïncider simultanément :
- un matériau susceptible d’absorber l’hydrogène
- Présence d’hydrogène.
- Des contraintes de traction élevées sur la pièce.
Sensibilité du matériau
Le degré de fragilisation par l’hydrogène d’un boulon dépend de la dureté de l’acier. Il a été démontré que la fragilisation par l’hydrogène est plus probable lorsque la dureté de la pièce dépasse 390 HV, car la ductilité du matériau diminue considérablement et la fragilisation augmente.
Pour éviter ce problème, il est recommandé que les boulons en béton aient une dureté inférieure à 350 HV.
Présence d’hydrogène
L’hydrogène peut être introduit dans la fixation lors de la fabrication de l’acier ou du boulon, ou par exposition à l’environnement.
Contrainte sur le boulon
Le degré de contrainte causé par la charge externe appliquée à la fixation est l’un des éléments déclencheurs.
Types de fragilisation par l’hydrogène
Il existe deux catégories principales en fonction de la source d’hydrogène :
Fragilisation interne par l’hydrogène (IHE)
Il s’agit de l’hydrogène résiduel qui provient des phases de production de la fixation, en particulier de la phase de décapage chimique et de son revêtement.
En fait, cette couche protectrice empêche l’hydrogène de quitter la pièce en raison de sa tendance à se diffuser naturellement, ce qui a pour effet de le piéger à l’intérieur de la pièce.
Si l’hydrogène est piégé à l’intérieur de l’acier, une rupture fragile peut se produire dans les 48 heures suivant l’installation, même à des charges bien inférieures à la limite de résistance du boulon. La rupture se produit dans les zones de concentration de contraintes, par exemple sous la tête ou dans la zone de démarrage du filetage.
Fragilisation par l’hydrogène externe (EHE)
L’hydrogène peut également pénétrer à l’intérieur de la pièce en raison de la corrosion galvanique en service.
Ce processus se produit lorsque les boulons sont exposés à des environnements humides ou agressifs, générant de l’hydrogène à la surface de l’acier.
Mesures visant à minimiser le risque de fragilisation interne par l’hydrogène
Pour réduire la probabilité de fragilisation par l’hydrogène, l’industrie adopte des pratiques telles que :
- Les traitements thermiques de déshydrogénation (cuisson), où les boulons dont la dureté est supérieure à 390 HV sont soumis à des températures de 190-220 °C pendant une période de 8 à 10 heures pour éliminer l’hydrogène retenu.
- Remplacement du décapage chimique par un nettoyage mécanique, évitant l’introduction d’hydrogène dans la structure du matériau.
Mesures visant à minimiser le risque de fragilisation par l’hydrogène externe
Pour réduire la probabilité de fragilisation externe par l’hydrogène, nous recommandons ce qui suit
- Utiliser des matériaux ayant des potentiels électrolytiques similaires pour réduire la corrosion galvanique.
- d’opter pour des revêtements non électrolytiques, qui offrent une protection contre la corrosion sans risque d’introduction d’hydrogène.
Comment les boulons en béton sont-ils testés pour leur résistance à la fragilisation par l’hydrogène ?
Pour approuver les boulons en béton et garantir leur résistance à la fragilisation par l’hydrogène, des tests spécifiques au produit sont effectués pour évaluer leur comportement en présence d’hydrogène, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur.
En outre, lors de la fabrication, des contrôles de qualité stricts sont mis en œuvre pour éviter des niveaux de dureté excessifs qui pourraient compromettre la sécurité du produit en raison d’une défaillance due à la fragilisation par l’hydrogène.
