Une bouteille en acier qui a longtemps contenu de l'hydrogène peut parfois se briser non pas le long des joints de grains habituels, mais directement à travers les grains cristallins, laissant un motif étrange — comme si la fissure avait choisi le mauvais chemin. Pendant longtemps, on a observé ce phénomène en se demandant pourquoi. Les auteurs de cette nouvelle étude ont construit un modèle informatique composé de millions d'atomes de fer et y ont « installé » de l'hydrogène — à peu près comme le gaz s'infiltre réellement dans le métal.
Ils ont étiré un échantillon virtuel avec une fissure préexistante et observé la direction qu'elle prendrait. Dans le fer pur, la fissure dans une direction se comportait de manière ductile : devant son extrémité, les atomes se déplaçaient, le métal s'étirait et la fissure s'émoussait. Mais lorsque de l'hydrogène a été ajouté au modèle, le tableau a radicalement changé. La fissure a progressé comme un couteau dans du beurre — de manière fragile, sans déformation plastique, clivant le cristal le long du plan (110) plutôt que le plan (100) habituel, comme c'est le cas sans hydrogène.
Le secret réside dans le bilan énergétique. L'hydrogène réduit plus fortement la résistance à la traction pour les plans {110} — précisément ceux qui, dans le fer pur, sont les plus résistants. En même temps, il affecte moins la résistance au cisaillement des couches atomiques, qui normalement « émousse » la fissure. En fin de compte, la rupture fragile devient énergétiquement plus favorable que la rupture ductile — et le métal se comporte comme du verre, alors qu'une minute plus tôt il était ductile.
Ce scénario aide à comprendre pourquoi, dans les aciers réels, on observe parfois des clivages le long de {110} et pas seulement le long des {100} classiques. Ce n'est pas simplement une curiosité de laboratoire : si nous apprenons à contrôler cette « orientation » de la fissure par l'hydrogène, nous pourrons fabriquer des aciers qui ne craignent pas l'hydrogène — et c'est une voie directe vers des tuyaux, des réservoirs et des pièces sûrs pour la filière hydrogène.
Le fer et l'acier peuvent absorber l'hydrogène simplement à partir de l'air humide ou lors de la corrosion — et devenir cassants comme un biscuit sec, même sans rouille visible.