Un acier expérimental résiste à 1 700 mV dans l’eau salée

Une solution de chlorure de sodium à 3,5 % — soit à peu près la concentration en sel de l’eau de mer — a fourni aux chercheurs de l’Université de Hong Kong un environnement d’essai hostile pour un nouvel alliage. SS-H₂, abréviation de « stainless steel for hydrogen », a résisté à la corrosion à des potentiels électrochimiques allant jusqu’à environ 1 700 mV, au-dessus du potentiel d’oxydation de l’eau d’environ 1 600 mV dans les conditions d’essai de l’équipe. Dirigée par le professeur Mingxin Huang, l’équipe vise à mettre au point un matériau qui pourrait réduire la dépendance de certains équipements de production d’hydrogène au titane.

Un électrolyseur utilise l’électricité pour séparer l’eau : l’hydrogène se forme sur une électrode, la cathode, et l’oxygène sur l’autre, l’anode. Lorsque de l’électricité renouvelable alimente le processus, l’hydrogène peut afficher de très faibles émissions de carbone liées à son fonctionnement. L’eau de mer constitue une matière première potentiellement intéressante, car elle évite de puiser dans des réserves d’eau douce de plus en plus précieuses, mais ses ions chlorure attaquent facilement les alliages, tandis que l’anode est soumise à des conditions fortement oxydantes.

L’acier inoxydable classique dispose d’une défense intégrée. À la surface, le chrome réagit pour former un film extrêmement fin d’oxyde de chrome qui sépare le métal de son environnement et peut se reformer après une détérioration. Cette protection a toutefois une limite : autour de 1 000 mV, le film peut commencer à produire des espèces solubles de Cr(VI), un processus appelé corrosion transpassive. Même le 254SMO, un acier inoxydable conçu pour résister à l’eau de mer, atteint cette limite à des potentiels suffisamment élevés. Les composants en titane, parfois protégés par des revêtements d’or ou de platine, supportent mieux ces conditions, mais coûtent plus cher que l’acier.

L’équipe de Huang a doté l’acier inoxydable d’un second mécanisme de protection. SS-H₂ contient du fer, 20,73 % de chrome, 20,2 % de cobalt, 17,7 % de manganèse et 1,7 % de silicium en poids. À environ 720 mV, le manganèse commence à former une seconde couche protectrice par-dessus le film riche en chrome. Lorsque la défense du chrome approche du point où elle se dégrade normalement, la couche à base de manganèse prend le relais. Le Dr Kaiping Yu, premier auteur de l’étude, a déclaré que ce résultat remettait initialement en question l’idée dominante selon laquelle le manganèse nuit à la résistance de l’acier inoxydable à la corrosion.

Qu’est-ce que cela change, concrètement ? Si ce comportement se confirme au-delà des essais des chercheurs, SS-H₂ pourrait permettre aux concepteurs d’électrolyseurs de remplacer certains composants structurels coûteux en titane par de l’acier, ce qui réduirait potentiellement le coût des systèmes à hydrogène vert et rendrait le fonctionnement à l’eau salée plus pratique. L’équipe a démontré le fonctionnement du matériau dans un électrolyseur à eau salée, mais le résultat reste expérimental.