Plusieurs facteurs inhérents à la méthode de Sieverts peuvent causer des erreurs de mesure et une dispersion entre les données recueillies. Il est alors important de bien déterminer ceux-ci pour pouvoir faire une bonne analyse des différentes études réalisées en se basant sur leurs causes d’erreurs respectives. 1.4.2.1-Diffusion et absorption de l’hydrogène dans le verre et les joints
Le plus grand problème de la méthode de Sieverts réside dans la diffusion du gaz de l’intérieur vers l’extérieur de la chambre. Ce phénomène est d’abord causé par le fait que le système entier est fabriqué en verre. Bien que relativement étanche, ce matériel peut laisser diffuser une certaine quantité de gaz. De plus, les expériences se font à température élevée où le coefficient de diffusion est plus grand. Ensuite, le gaz étudié est l’hydrogène et il peut se dissocier à la surface et produire de l’hydrogène atomique qui diffuse facilement dans les solides. Ainsi, les probabilités de fuite par diffusion dans le montage de Sieverts sont présentes et accrues par les paramètres d’utilisation. Le verre peut également absorber une quantité d’hydrogène dans ses parois sans que celui-ci ne diffuse vers l’extérieur. Ce qui peut avoir un effet non négligeable. De plus, si une microfissure est présente dans le verre, cette dernière peut facilement causer une perte de gaz importante. Comme les expériences se font à haute température, le danger de retrouver des défauts dans le verre est d’autant plus grand.
Il est aussi important de noter qu’un système en verre est difficile à rendre étanche en raison de la difficulté à joindre les différentes parties de façon adéquate. En raison de la fragilité de ce matériel, aucun joint de serrage mécanique n’est possible comme dans le cas des montages métalliques. Donc, des joints toriques en élastomère ainsi que de la graisse à vide doivent être utilisés pour assurer une bonne étanchéité. Ces deux composants permettent un bon vide mais ne sont probablement pas totalement étanches à l’hydrogène. Ils peuvent
aussi contaminer l’intérieur de la chambre de mesure en libérant des composés volatiles et en interagissant avec l’hydrogène pour causer des erreurs de mesure supplémentaires.
Ainsi, si des fuites sont présentes, les résultats peuvent facilement être biaisés. Comme l’hydrogène est très peu soluble dans l’aluminium, seule une très faible variation de volume se produit et une précision accrue est nécessaire. Dans le cas où de l’hydrogène s’échappe de l’intérieur de l’enceinte de mesure ou est absorbé dans le verre, cela serait observé comme une diminution du volume de gaz dans le montage et il serait impossible de déterminer si celle-ci est causée par une fuite ou par l’entrée de l’hydrogène dans l’aluminium qu’on tente d’observer. Alors, un doute peut-être jeté sur la nature du phénomène observé et mesuré par les chercheurs. Est-ce réellement l’entrée en solution du gaz où simplement une fuite? Il est important de noter qu’il est possible qu’aucune fuite ne soit détectée avec le gaz de référence mais qu’il s’en produise une avec l’hydrogène puisque l’atome de ce gaz est plus petit que ceux d’argon, d’hélium ou de néon et qu’il peut diffuser et s’absorber beaucoup plus facilement à travers les parois et les joints. 1.4.2.2-Colonne barométrique au mercure
Ensuite, une erreur de précision peut être induite par le fait que tous les résultats des expériences sont basés sur une lecture de volume faite à l’aide d’une burette graduée contenant du mercure. Cette méthode n’est pas très précise et elle peut facilement entraîner des erreurs de lecture. Comme les écarts mesurés sont très faibles, la précision est très importante et il faut s’assurer que la différence entre les lectures du volume du gaz de référence et celui de l’hydrogène n’est pas causée par une mauvaise lecture. De même pour les résultats des différentes expériences. Cette condition ne peut pas être remplie totalement avec l’utilisation d’un baromètre au mercure en raison de l’imprécision de cet appareil.
De plus, Talbot et Anyalebechi [12] stipulent que l’inertie de la colonne barométrique au mercure ne permet pas du suivre l’évolution du processus en direct. Ainsi, cet instrument de mesure permet de connaître la valeur finale sans toutefois permettre de voir l’évolution du processus de dissolution. Il est aussi
important de mentionner que cette méthode de mesure n’est pas exclusive à l’hydrogène. Il est donc impossible de savoir exactement ce que l’on mesure et on peut facilement confondre différents phénomènes.
Une autre cause d’erreurs en rapport avec cet instrument est que le mercure utilisé n’est peut-être pas toujours propre et pur. Puisque que ce métal est assez rare et dispendieux, les chercheurs ont peut-être utilisé du mercure recyclé et contaminé pour insérer dans leur appareil. De plus, aucune donnée n’existe concernant la solubilité de l’hydrogène dans le mercure. Donc, il est possible que ce métal interagisse lui aussi avec le gaz pour fausser les données.
1.4.2.3-Gaz inerte utilisé
D’autres causes d’erreurs résident dans le fait que différents gaz de référence peuvent être utilisés. Comme on le voit au Tableau 2, les principaux expérimentateurs [6, 9, 12, 14] ont utilisé trois types de gaz inertes. Soit le néon, l’hélium et l’argon. Il est généralement accepté que l’hélium est le gaz le plus adéquat puisqu’il a des propriétés thermiques et massiques très semblables à l’hydrogène. Le néon est aussi acceptable. Liu, Bouchard et Zhang [14] ont remis en doute l’utilisation de l’hélium en raison de certains résultats qu’ils ont obtenus et qui portent à croire que ce gaz soit aussi soluble dans l’aluminium. Ce qui les a menés à utiliser de l’argon comme gaz de référence. Par contre, ce dernier a des propriétés assez différentes de l’hydrogène pour discréditer son utilisation [15]. Donc, que ce soit au niveau de ses propriétés thermiques ou de sa dissolution, il existe un effet réel de la nature du gaz de référence utilisé sur les résultats de la solubilité de l’hydrogène dans l’aluminium obtenus avec la méthode de Sieverts. 1.4.2.4-Composition du creuset
On peut aussi supposer un effet de la composition du creuset sur les résultats. La majorité des travaux récents [6, 9, 12] ont été réalisés avec un creuset d’alumine qui est presque totalement inerte avec l’aluminium et l’hydrogène peu importe la température. Il est tout de même possible que ce matériau absorbe une certaine quantité d’hydrogène. Ce phénomène peut causer des erreurs considérables sur la mesure si le volume de gaz absorbé n’est pas
quantifié. De plus, des creusets de masses différentes sont utilisés par les différents chercheurs. Donc, les réactions entre ceux-ci et l’environnement ne sont pas de la même importance selon les expériences, ce qui peut amener une variabilité des résultats.
1.4.2.5-Petites masses de métal utilisées
Un autre facteur est le fait que de très petites masses d’aluminium sont utilisées pour faire les expériences. Ainsi, la précision en est affectée puisque la variation du volume d’hydrogène dépend de la masse d’aluminium. Plus la masse est grande, plus la quantité de gaz entrant en solution dans l’aluminium sera grande. Alors, comme peu de métal a été utilisé dans les expériences, il s’avère que la variation de volume était très faible et difficile à observer. Cela a pu amener une imprécision de la mesure puisque la lecture était alors difficile. Par ailleurs, plus le phénomène à observer est faible, plus d’autres réactions parasites, la diffusion par exemple, peuvent prendre le dessus et brouiller l’effet de la dissolution.
1.4.2.6-Atteinte de l’équilibre
Il a aussi été observé que l’équilibre est difficile à atteindre dans les montages de Sieverts. Cela est surtout observé pour ceux avec un four à convection tel que le système utilisé par Ransley et Neufeld [6]. D’ailleurs, on voit au Tableau 2 que le temps d’équilibre est beaucoup plus long pour ces chercheurs que pour les quatre suivants ayant utilisé un four à induction. Donc, comme le verre est chauffé longtemps et directement, l’hydrogène a plus de temps pour s’absorber et diffuser.
Un autre problème peut être relié aux notions d’équilibre. Il réside dans le fait que lorsqu’on fait entrer l’hydrogène dans la chambre, les conditions sont totalement hors d’équilibre avec de l’aluminium dégazé et une atmosphère de vide. Ainsi, le montage aussi peut être considéré hors d’équilibre. Alors, lorsque le gaz entre dans le système, c’est non seulement l’aluminium qui tend à rétablir l’équilibre avec l’hydrogène mais aussi toutes les composantes du montage en contact avec le gaz. Donc, le verre, les joints toriques et le creuset contenant le
métal, qui étaient tous maintenus sous vide, absorbent très certainement une quantité non négligeable d’hydrogène lorsque la pression partielle de celui-ci augmente. Par ailleurs, les joints toriques peuvent aussi se dilater et faire varier le volume en raison du changement de pression.
1.4.3.7-Manque d’information sur l’interaction du gaz avec le montage
Il a aussi été remarqué que peu d’information est donnée par les auteurs à propos de l’absorption et de la diffusion de l’hydrogène dans le verre et dans le creuset. D’abord, lorsqu’un four à convection est utilisé et que l’équilibre est long à atteindre, des mesures correctives ont été apportées en raison de la plus grande importance des phénomènes parasites. En fait, certaines erreurs reliées à l’interaction entre l’hydrogène et le système sont éliminées en procédant à une correction des données brutes basée sur des mesures expérimentales des pertes en hydrogène. Ces tests amènent une certaine information quant à l’effet que peut avoir le montage sur les mesures. Mais les pertes en hydrogène sont difficiles à mesurer, ce qui peut amener une erreur sur les valeurs finales malgré les mesures correctives.
Par contre, lorsqu’un four à induction est utilisé, l’interaction entre le métal et le montage est tout simplement considérée comme négligeable en raison des très courts temps d’équilibre. Mais il est tout de même possible que, durant les dix minutes d’expériences, une certaine quantité de gaz entre en interaction avec une ou plusieurs des composantes du montage. Ainsi, tous les chercheurs [9, 12, 14] qui ont utilisé ce type de four ignorent l’impact qu’ont le verre, les joints et le creuset, sur les variations de pression observées. De plus, ils ne tiennent pas compte du fait que le gaz de référence et l’hydrogène peuvent tous les deux être absorbés différemment par les composantes du montage. Ainsi, sans mesures pour connaître l’impact de ce phénomène, un doute important sur les mesures est à considérer.
Ainsi, il est possible de croire que toutes les perturbations possibles décrites ci-haut et qui sont différentes selon la série d’expérience, l’emportent et viennent
fausser les mesures pour ainsi surpasser l’effet de la dissolution de l’hydrogène dans l’aluminium que l’ont veut quantifier.