Plus de 75% de la production d’énergie électrique utilise la combustion de charbon et de gaz comme source primaire d’énergie. Dans le contexte du réchauffement climatique provoqué par les émissions anthropiques de CO2, il est urgent de faire évoluer le mix énergétique. Les énergies renouvelables (solaire, éolien) et l’énergie nucléaire sont 2 options à considérer pour atteindre cet objectif. L’énergie solaire comprend le photovoltaïque mais aussi le solaire thermique qui nécessite un stockage d’énergie thermique. Pour l’énergie nucléaire, la question de la sécurité d’exploitation et de la gestion des déchets nucléaires est posée. Dans les 2 cas, le développement de réacteurs ou de réservoirs utilisant un milieu métal liquide (Eutectique Plomb Bismuth) est une solution technologique prometteuse.
Si la ductilité des aciers hautes performances (par exemple T91) utilisés pour fabriquer les enceintes de stockage est très bien documentée au contraire, il est nécessaire d'étudier l’évolution de leurs propriétés mécaniques au contact du métal liquide.
Afin de minimiser la quantité de matière à tester, l'essai mécanique « Small Punch Test » (SPT) s'avère pertinent. Ce dispositif requiert des échantillons sous forme de plaques de faibles dimensions. Une contrainte mécanique est appliquée sur l'une des faces à l'aide d'une bille pour déformer le matériau, la face opposée étant en contact avec le métal liquide, ici l'eutectique Pb-Bi. Notre étude comprend le rôle de la microstructure de l'acier T91 modifié par la température de revenu, la température du métal liquide, le taux d'oxygène dissous dans le métal liquide et la vitesse d'application de la contrainte mécanique. Les faciès de rupture sont analysés par microscopie électronique à balayage.
Alors que tous les essais réalisés à l'air montrent un comportement ductile de l'acier T91, la présence de Pb-Bi liquide peut conduire à la fragilité: une température de revenu trop faible conduit à une dureté élevée de l'acier T91, une faible teneur en oxygène dissous dans le Pb-Bi liquide et une faible vitesse de sollicitation sont des facteurs conduisant à une transition ductile-fragile. Si cette transition est clairement mise en évidence à 300°C, un retour à la ductilité apparait si l'on diminue ou augmente la température du métal liquide. Ces phénomènes s'expliquent à l'échelle atomique par des phénomènes d'adsorption de Pb/Bi à la surface de l'acier fraîchement déformé. L'établissement d'un ensemble de facteurs favorisant la fragilité est d'une grande aide pour l'exploitant qui devra donc interdire le fonctionnement dans certaines conditions.
