Lorsque la vapeur d’eau rencontre le métal, la corrosion qui en résulte peut entraîner des problèmes mécaniques nuisibles à la performance d’une machine. Grâce à une technique appelée passivation, une fine couche inerte peut toutefois se former et agir comme une barrière contre une détérioration supplémentaire.
La réaction chimique exacte qui se produit lors de la corrosion n’est pas bien comprise à un niveau atomique. Cependant, cela est en train de changer grâce à une technique appelée microscopie électronique de transmission environnementale (TEM). Cette technique permet aux chercheurs de visualiser directement les molécules interagissant à la plus petite échelle possible.
Le professeur Guangwen Zhou, membre du corps professoral de l’Université de Binghamton, de l’Université d’État de New York, au Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, sonde les secrets des réactions atomiques depuis qu’il a rejoint le département de génie mécanique en 2007.
En collaboration avec des collègues de l’Université de Pittsburgh et du Brookhaven National Laboratory, il a étudié les propriétés structurelles et fonctionnelles des métaux et le processus de fabrication de l’acier «vert».
Dans leur dernière recherche, intitulée « Mécanismes atomistiques de la passivation de surface induite par la vapeur d’eau », publiée en novembre dans la revue Science Advances, le Pr. Zhou et son équipe ont introduit de la vapeur d’eau sur des échantillons d’aluminium propres et ont observé les réactions de surface.
Ils ont découvert quelque chose qui n’avait jamais été observé auparavant : en plus de la couche d’hydroxyde d’aluminium qui se formait à la surface, une seconde couche amorphe se développait en dessous, indiquant l’existence d’un mécanisme de transport qui diffuse l’oxygène dans le substrat.
En synthèse
La compréhension de ces phénomènes à l’échelle atomique pourrait non seulement permettre de mieux gérer l’oxydation et donc de réduire les coûts de réparation de la corrosion, estimés à 2,5 trillions de dollars par an dans le monde, mais aussi ouvrir la voie à des solutions d’énergie propre.
En effet, comprendre comment les atomes d’hydrogène et d’oxygène d’une molécule d’eau se séparent pour interagir avec les métaux pourrait conduire à des solutions d’énergie propre, raison pour laquelle le département américain de l’énergie a financé cette recherche et d’autres projets similaires du Pr. Zhou dans le passé.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la passivation ?
La passivation est un processus par lequel une fine couche inerte se forme sur un matériau, agissant comme une barrière contre une détérioration supplémentaire.
Qu’est-ce que la microscopie électronique de transmission environnementale (TEM) ?
La TEM est une technique qui permet aux chercheurs de visualiser directement les molécules interagissant à la plus petite échelle possible.
Qui est le professeur Guangwen Zhou ?
Le professeur Guangwen Zhou est un membre du corps professoral de l’Université de Binghamton, de l’Université d’État de New York, au Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science. Il est un pionnier dans l’étude des réactions atomiques.
Qu’ont découvert Zhou et son équipe ?
Ils ont découvert qu’en plus de la couche d’hydroxyde d’aluminium qui se formait à la surface d’un échantillon d’aluminium en présence de vapeur d’eau, une seconde couche amorphe se développait en dessous.
Quelles sont les implications de cette recherche ?
Cette recherche pourrait permettre de mieux gérer l’oxydation et de réduire les coûts de réparation de la corrosion. Elle pourrait également ouvrir la voie à des solutions d’énergie propre.
Références
Légende illustration principale : Guangwen Zhou, professeur de génie mécanique à l’université de Binghamton (État de New York), étudie la corrosion au niveau atomique. Crédit : Binghamton University State University of New York
Zhou, G., Chen, X., Wu, D., Li, C., Ye, S., Patel, S.B., Cai, N., Liu, Z., Shan, W., Wang, G., Hwang, S., Zakharov, D.N., Boscoboinik, J.A. (2021). Atomistic mechanisms of water vapor induced surface passivation. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adh5565
