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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme ISO 4957 de décembre 1999 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 4957 "Aciers à outils" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).
RÉSUMÉ
Face à la demande croissante d’énergie et à l’appauvrissement des ressources fossiles, l’hydrogène est poussé sur le devant de la scène, car pressenti comme un vecteur énergétique alternatif intéressant. La filière hydrogène comprend bien sûr la production et la conversion de l’hydrogène, mais également son stockage et son transport. Cet article passe en revue les matériaux mis en œuvre lors de ces deux étapes. Pour que le déploiement de l’économie d’hydrogène se fasse sous des conditions respectueuses de l’environnement, le cahier des charges et la sélection de ces matériaux doivent être sérieusement repris.
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Florence LEFEBVRE-JOUD : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Laurent BRIOTTET : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Olivier GILLIA : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Fabien Nony : Ingénieur-chercheur CEA DAM Le Ripault
INTRODUCTION
Faisant suite à une première partie consacrée aux matériaux impliqués dans la production et la conversion de l'hydrogène, cette seconde partie se concentre sur les matériaux mis en œuvre pour le transport et le stockage de l'hydrogène.
L'hydrogène est déjà communément stocké dans des bouteilles hyperbares et transporté dans des réseaux de pipelines pour ses applications dans l'industrie chimique, sidérurgique et pétrochimique. Toutefois, son déploiement dans le cadre d'une économie hydrogène respectueuse de l'environnement modifie significativement le cahier des charges de ces deux étapes. Le coût du transport et de la distribution de l'hydrogène reste trop élevé tandis que la capacité volumique des réservoirs d'hydrogène constitue un verrou technologique majeur pour son utilisation comme carburant automobile.
Le cahier des charges spécifique de chacune de ces deux applications est rappelé afin d'introduire les matériaux sélectionnés, leurs principales propriétés et leur mise en œuvre. Pour conclure, les enjeux actuels spécifiques des différents matériaux et des applications sont présentés.
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Mise en œuvre des matériaux suivant les applicationsArticle inclus dans l'offre
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2. Sélection et revue des propriétés clés des matériaux par application
2.1 Alliages métalliques : des matériaux de structure pour le transport et le stockage de l'hydrogène
Les aciers peu alliés sont aujourd'hui les matériaux de prédilection pour le transport de l'hydrogène gazeux, toutefois, ils sont potentiellement sensibles à la fragilisation par l'hydrogène (FPH) qui se manifeste principalement par une chute de ductilité et de ténacité, ainsi qu'une accélération de la propagation de fissure sous chargement cyclique. La fragilisation par l'hydrogène des aciers est fortement dépendante de leur composition chimique, de leur microstructure et des conditions de chargement en hydrogène. Une description plus approfondie des mécanismes et des paramètres influençant la FPH est proposée dans les articles [M 175] et [M 176] des Techniques de l'Ingénieur. On peut noter cependant que les mécanismes de dégradation liés à la présence d'hydrogène gazeux mettent en jeu l'hydrogène adsorbé en surface du matériau. De ce fait, la FPH peut être exacerbée en présence de défauts internes des canalisations (fissure au niveau des soudures de raboutage). D'autre part, il est clairement admis qu'il existe des interactions importantes entre l'hydrogène réticulaire dans l'acier et les mécanismes de plasticité (mobilité des dislocations accrue, empilements plus importants des dislocations, localisation importante de la plasticité, transport accéléré de l'hydrogène par les dislocations). À ce titre, les défauts externes provenant par exemple d'enfoncements accidentels peuvent potentiellement interagir avec l'hydrogène. Il est donc nécessaire de savoir dimensionner ces canalisations par une approche de type mécanique de la rupture tenant compte de ces différents aspects.
En ce qui concerne le stockage de l'hydrogène, les liners métalliques utilisés pour le stockage de l'hydrogène sont...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ELANM (C.C.), GREGROIRE PADRO (C.E.), SANDROCK (G.), LUZZI (A.), LINDBLAD (P.), FJERMESTAD HAGEN (E.) - Realizing the hydrogen future : the International Energy Agency's efforts to advance hydrogen energy technologies. - International Journal of Hydrogen Energy, vol. 28, no 6, p. 601 (2003).
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(2) - CASTELLO (P.), TZIMAS (E.), MORETTA (P.), PETEVES (D.) - Techno-economic assessment of hydrogen transmission and distribution systems in Europe in the medium and long term. - European Commission, Directorate General Joint Research Centre (2005).
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(3) - SOJKA (J.) - Fragilisation par l'hydrogène d'aciers faiblement alliés dans l'industrie nucléaire – Rôle de la microstructure et de l'état inclusionnaire. - Thèse de doctorat École centrale, Paris, juil. 1997.
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(4) - STERN (S.A.) - Polymers for gas separations : the next decade. - J. of Memb. Sci., 94, p. 1-65 (1994).
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(5) - NAITO (Y.), MIZOGUSHI (K.) et al - * - J. Pol. Sci, Polym. Phys., 29, p. 457-462 (1991).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Base de données sur les hydrures
Groupement de recherche Acthyf http://www.gdr-acthyf.cnrs.fr
Projet européen STORHY http://www.storhy.net
Projet européen NESSHY http://www.nesshy.net
Base de données matériaux hydrures
Department of Energy (DOE) aux USA http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
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