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HDR : Du nucléaire à la conservation du patrimoine - Compréhension des mécanismes de corrosion des alliages ferreux sur le long terme grâce à la caractérisation multi-échelles
  - SIS2M/LAPA
Fri, Oct. 05th 2012, 14:00
Amphi. Roussy, Campus des cordeliers, UPMC

Amphithéâtre Roussy esc B, 2ème étage du campus des cordeliers, UPMC - Campus des Cordeliers

15, rue de l'école de médecine, 75006 Paris

Manuscrit de l'HDR.

Les phénomènes de corrosion des métaux tels que les aciers présentent une grande variabilité en fonction des milieux d’altération (aqueux aéré et désaéré, atmosphère, liants et béton…) et des durées prises en compte. Dans le cadre de mes activités de recherche, afin d’appréhender ces mécanismes sur le très long terme il a été choisi d’étudier des objets archéologiques corrodés sur plusieurs dizaines à centaines d’années. Cet axe de recherche est en effet crucial dans plusieurs domaines d’applications, allant de la conservation des objets du patrimoine culturel aux études menées pour l’entreposage et le stockage des déchets radioactifs en milieu géologique profond. Dans ce domaine les objets archéologiques constituent des analogues sans équivalents pour la corrosion des éléments en acier constitutifs de la multibarrière destinée à séparer les radioéléments de la biosphère. La caractérisation des systèmes de corrosion a été menée grâce à une méthodologie d’étude basée dans un premier temps sur le couplage de techniques de caractérisation des matériaux multi-échelles (MEB-EDS, , microspectroscopie Raman, microXRD, XAS sous rayonnement synchrotron…) donnant des informations sur la localisation, la morphologie, la composition et la structure des phases cristallines présentes dans une couche de produits de corrosion. Par ailleurs les études des processus réactionnels et de la réactivité chimique ou électrochimique des systèmes à l’aide de remise en corrosion de ces objets archéologiques en milieu marqué (D2O, O18) ou sous sollicitations externes (chimique, électrochimique) ont mis en évidence des phénomènes à l’échelle micrométrique contrôlant les processus de corrosion d’objets archéologiques. Les perspectives de mes recherches sont d’une part l’étude de nouvelles perturbations des processus de corrosion telles que la présence de bactéries dans le milieu, l’étude des processus à l’échelle nanométrique (MET, STXM) mais également sur le plan méthodologique, le développement de nouvelles approches analytiques basées sur la combinaison de méthodes d’imagerie de morphologie (MEB-FEG), de composition (EDS), de structure (µXRD sous rayonnement synchrotron) ou hyperspectrale (microspectroscopie Raman) afin de déterminer la synergie des phénomènes nano et microscopiques à l’échelle d’un objet. L’ensemble de ces études devra conduire à d’une part développer les protocoles de diagnostic, de conservation et de traitement des objets culturels ferreux et d’autre part conforter les modèles mécanistiques mis en place pour le dimensionnement des éléments ferreux inclus dans les dispositifs de stockage des déchets radioactifs.

Corrosion – fer – acier – long terme – mécanismes – analogues archéologiques


From nuclear field to cultural heritage conservation - Understanding of the long terme corrosion mechanisms of ferrous alloys through multiscale characterization

The corrosion of metals such as steel presents a high variability depending on the environments of alteration (aqueous aerated and deaerated atmosphere, binders and concrete ...) and durations considered. As part of my research, in order to understand these mechanisms over long periods the study of archaeological artefacts corroded over tens to hundreds of years has been chosen. This research was crucial in many application areas, ranging from the preservation of objects of cultural heritage and studies for the storage and disposal of radioactive waste in deep geological environment. In this area the archaeological artefacts constitute unparalleled analogues for the study of corrosion of steel elements embedded in the multi-barrier to separate the radionuclides from the biosphere. Characterization of corrosion systems was conducted through a methodology based on the coupling of multiscale techniques for materials characterization (SEM-EDS, Raman microspectroscopy, microXRD, XAS synchrotron radiation ...) providing information on the location, morphology, composition and structure of the crystalline phases present in a layer of corrosion products. Moreover, studies of the reaction processes and of the chemical or electrochemical reactivity of the systems by recorrosion experiments of archaeological objects in labeled medium (D2O, O18) or under external stimuli (chemical, electrochemical) have highlighted phenomena controlling the corrosion process at the micrometric scale. Perspectives of my research are the study of further constraints of the corrosion processes such as the presence of bacteria in the environment, the study of processes at the nanoscale (TEM, STXM) but also the methodological development of new analytical approaches based on a combination of morphological imaging methods (FEG-SEM), composition (EDS), structure (μXRD under synchrotron radiation) or hyperspectral (Raman microspectroscopy) to determine the synergy of the nano and microscale phenomena at the scale of an object. Taken together, these studies should lead to develop further protocols for diagnosis, treatment and conservation of cultural objects and reinforce the mechanistic models developed for the design of ferrous elements included in the storage facilities of radioactive waste.

corrosion – iron – steel – long term – mechanisms – archaeological analogues.

Contact : Delphine NEFF

 

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