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Des bateaux plus sûrs, plus légers et plus écologiques L’acier inoxydable dans les trains à grande vitesse LA REVUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL ET DE SES APPLICATIONS

Des vélos aux lanceurs spatiaux

Le nickel en mouvement

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

Une véritable idée de génie pour les lanceurs spatiaux

©DUCCIO MALAGAMBA, BARCELONE

r Le MOCAPE : ses tôles d’acier inoxydable au nickel recouvrent une surface de 40 000 m2. Le Nuage : une enveloppe extérieure constituée de 387 tonnes de tôles d’acier inoxydable 

ÉTUDE DE CAS 10 LE MUSÉE D’ART CONTEMPORAIN ET CENTRE D’EXPOSITION D’URBANISME DE SHENZHEN Le MOCAPE (Museum of Contemporary Art & Planning Exhibition), qui se dresse fièrement dans le district de Futian, le quartier culturel redynamisé de la mégalopole de Shenzhen, au sud de la Chine, est la nouvelle grande réalisation architecturale de classe mondiale. Avec sa superficie de 233 447 m2 et ses 861 112 m2 de surface utile, cet immeuble de sept étages fait tourner les têtes par son architecture écologique de classe mondiale tirant largement parti de l’acier inoxydable au nickel. Conçu par le cabinet viennois Coop Himmelb(l)au, le MOCAPE intègre en parfaite synergie deux établissements indépendants, le musée d’art contemporain (MOCA, pour Museum of Contemporary Art) et le centre d’exposition d’urbanisme (PE, pour Planning Exhibition), dans un même espace commun consacré aux rencontres culturelles et aux expositions d’architecture. Bien que ces deux musées soient conçus comme des entités distinctes pour souligner leurs fonctions propres, ils sont unifiés en un même corps monolithique qu’enveloppe une façade multifonctionnelle. La structure de cette éblouissante façade est indépendante du corps du bâtiment, et sa transparence offre aux visiteurs une vue dégagée sur le paysage urbain depuis l’intérieur d’un espace d’exposition parfaitement ouvert grâce à l’absence de colonnes. Cette prouesse architecturale est rendue possible par l’emploi de vitres recouvertes de tôles d’acier inoxydable 316L (UNS S31603) perforées à 51 %. La toiture de l’édifice, qui culmine à 40 m, est également conçue pour filtrer la lumière naturelle de manière à illuminer les salles d’exposition en faisant moins appel aux éclairages artificiels et cumuler ainsi gains esthétiques et économies d’énergie. Les solides tôles de 3 mm en acier inoxydable 316L fini par grenaillage aux microbilles de verre recouvrant la toiture protègent également l’arche de l’entrée principale et les portes de sortie. Les tôles d’acier inoxydable au nickel recouvrent une surface totale de 40 000 m2 et ont été portées au cahier des charges en raison de leur résistance à la corrosion, de la qualité de leur fini de surface et de leurs propriétés réfléchissantes. À l’intérieur du MOCAPE, c’est de l’acier inoxydable 304L (UNS S30403) qui barde l’ensemble des escaliers, passerelles et rampes d’accès, ainsi que la façade de l’élément baptisé Nuage qui relie les espaces d’exposition des deux musées.

2 ÉTUDE DE CAS

LE NUAGE Dans l’atrium central du MOCAPE se dresse une remarquable réalisation architecturale appelée Nuage. Inspirée par la fameuse Muse endormie du sculpteur roumain Constantin Brâncuși, la forme extérieure complexe du Nuage est constituée d’environ 387 tonnes de tôles d’acier inoxydable 304L soudées. Ces tôles polies miroir forment une surface homogène reflétant littéralement l’esprit du musée à travers le mouvement de ses visiteurs, de ses lumières et de ses couleurs. Les moyens robotiques ont pris une grande part dans la fabrication, l’assemblage, le soudage et la finition de l’enveloppe extérieure du Nuage. Selon l’architecte, l’association entre construction robotisée et impression 3D a donné davantage de liberté et de souplesse pour sa conception structurelle et esthétique. Elle a apporté un gain de précision tout en diminuant les coûts par une réduction considérable des temps morts. La construction du MOCAPE, inauguré en septembre 2016, fait largement appel à l’acier inoxydable au nickel, ce qui lui confère ipso facto l’attrait esthétique, la durabilité et les qualités structurelles et matérielles nécessaires pour résister à l’épreuve du temps.

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

La revue spécialisée du nickel et de ses applications La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : David Butler Rédactrice en chef : Clare Richardson

Coordonnées du Nickel Institute : Rue Belliard 12 1040 Bruxelles, Belgique Tél. : +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y fier pour des applications particulières sans avoir obtenu au préalable les conseils de spécialistes compétents. Bien que les informations données soient considérées comme techniquement exactes, le Nickel Institute, ses membres, son personnel et ses consultants ne garantissent pas leur adéquation à quelque usage particulier ou général que ce soit et déclinent toute responsabilité à leur égard. ISSN 0829-8351 Imprimé au Canada, sur papier recyclé, par Hayes Print Group

LE NICKEL EN MOUVEMENT À travers le monde, la libre circulation des personnes, des matières premières et des produits transformés nécessite des moyens de transport rapides, fiables et économiques. Avec la croissance de la population, la demande de transport devrait augmenter pour passer d’environ 50 milliards de voyageurs-kilomètres en 2015 à environ 120 milliards d’ici 2050.

USAGE DU NICKEL DANS LE SECTEUR DES TRANSPORTS EN 2015 Autres (4 %) Construction navale (10 %) | | Conteneurs (3 %)—| Vélos (4 %)— Aérospatiale— (29 %)

—Automobile et accessoires (45 %) SOURCE : ROSKILL PARISER

Conception graphique : Constructive Communications

TESLA

Collaborateurs : John Chapman, Parul Chhabra, Gary Coates, Nicole de Boer, Bode Gehrmann, Peter Kelly-Detwiler, Geir Moe, Kim Oakes, Marcel Onink, Kristina Osterman, Lissel Port, Torsten Rieger, Philipp Verbnik, Nigel Ward

Couverture : Constructive Communications Photos de couverture : iStockPhoto.com © hxdyl

SOMMAIRE Étude de cas Le MOCAPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Point de mire Éditorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Dossier spécial Bateaux en acier inoxydable. . . . . . . . . . . 4 Laveurs de gaz pour navires . . . . . . . . . . . 5 Trains à grande vitesse . . . . . . . . . . . . . . 6-7 Ingénierie spatiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-9 Applications Chimie verte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11 Tunnel de la Severn . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Blindage électromagnétique . . . . . . . . . 13 Conduites de carburant et de vapeur . . 14 Nitinol : de la chaleur fatale à l’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Vélo Brompton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 En bref Codes UNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Liens Web. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

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|—Chemins de fer (5 %)

Il est difficile de penser à un moyen de transport qui n’utilise pas de nickel ou d’alliages de nickel. Qu’il s’agisse d’automobiles, de camions, de voitures ferroviaires, de bateaux, d’avions ou même de vélos, les véhicules tirent tous parti des nombreuses vertus de ces matériaux. Par exemple, l’acier inoxydable de nuance 304 et le ferronickel à 36 % de nickel s’utilisent pour le transport maritime du gaz naturel liquéfié parce qu’ils conservent leur ductilité aux températures extrêmement basses de ce fluide (-163 °C). Pour les voitures ferroviaires, l’acier inoxydable 304 offre une bonne résistance à la corrosion, un excellent rapport résistance-poids et de bonnes capacités d’absorption d’énergie en cas de choc. Dans l’aérospatiale, les alliages à forte teneur en nickel apportent la résistance et la durabilité essentielles aux composants de moteur, tandis que dans l’automobile, la demande de nickel suit l’essor du marché des batteries destinées à alimenter les nouveaux véhicules électriques. Ce dernier marché enregistre actuellement l’arrivée de la nouvelle Tesla Model 3, une berline grand public très attendue et mise en production en juillet 2017. Ce nouveau modèle vient compléter la gamme Tesla avec un véhicule plus simple et plus petit que les options haut de gamme que sont la Model S et la Model X. La Model 3 offre une autonomie de 345 km qui doit beaucoup à l’intégration du nouveau module de batterie de Tesla. Bien que la composition exacte du couple électrochimique haute performance de la « cellule 2170 » ne soit pas encore connue, on sait qu’elle contient du nickel et qu’elle est produite à la Gigafactory 1 de Tesla (dans le Nevada). Pour parvenir à la cadence de production prévue de 500 000 voitures par an d’ici 2018, la Gigafactory devra produire chaque année plus d’accumulateurs lithium-ion au nickel qu’il n’en a été produit dans le monde entier en 2013. Les véhicules électriques ne sont qu’un exemple de la manière dont le nickel participe à l’innovation dans le secteur des transports. Ce numéro se penche sur le nickel « en mouvement » non seulement dans l’automobile, mais dans tous les moyens de transport, des vélos aux lanceurs spatiaux. Clare Richardson Rédactrice en chef

NICKEL IN FOCUS 

Des bateaux sans entretien plus sûrs et plus écologiques prêts à fendre les flots

r Le métal situé sous la ligne de flottaison est entièrement poli miroir pour que les organismes marins soient faciles à enlever. s Le prototype P16

Un modèle en acier inoxydable léger et extrêmement résistant à la corrosion fait parler de lui dans le monde de la navigation e 12 mai 2017, le prototype P16, une vedette de patrouille entièrement en acier inoxydable, a pris la mer à Gävle, à 200 km au nord de Stockholm. L’objectif était de construire un bateau en acier inoxydable qui soit léger, plus performant, plus sûr et plus écologique. En conjuguant une conception innovante inspirée des caractéristiques du drakkar (le navire traditionnel des Vikings) et l’emploi d’acier inoxydable au nickel super duplex, il a été possible de construire un navire extrêmement léger. La grande résistance de l’acier inoxydable duplex permet de réduire l’épaisseur de matériau utilisée afin de construire un vaisseau plus léger. « La légèreté du P16 réduit nettement la consommation de carburant. Le bateau est sans entretien, ce qui représente une précieuse économie de temps et d’argent. Il est extrêmement résistant à l’eau salée et peut même naviguer sur une mer partiellement prise par la glace, ce qui est intéressant dans les eaux scandinaves », explique Petra Rosén, responsable marketing chez Swedish Steel

Yachts (SSY), l’une des entreprises à l’origine de la création du prototype P16. « Nous avons choisi l’acier Forta SDX 2507 (UNS S32750) d’Outokumpu pour l’ensemble du bateau, car ce matériau répondait à tous les éléments du cahier des charges ; il est ultrarobuste, durable, sans entretien et totalement résistant à la corrosion tout en offrant une très bonne résistance à la traction, ce qui le rend particulièrement bien adapté au milieu maritime », poursuit Petra Rosén. Le métal situé sous la ligne de flottaison est entièrement poli miroir pour que les organismes marins fixés à la coque puissent en être détachés par un simple jet basse pression, voire par un déplacement à très petite vitesse. Par conséquent, il ne nécessite pas de peintures anti-salissures coûteuses et dangereuses pour l’environnement. Ce programme pourrait ouvrir un tout nouveau marché aux bateaux écologiques haute performance de ce type.

OUTOKUMPU FOKUS MEDIA / JANNE RIIKONEN

4 DOSSIER SPÉCIAL NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

DES LAVEURS DE GAZ AU NICKEL À BORD

Pour aider à protéger nos océans

Comme le souffre dégagé dans l’atmosphère par les navires pose un problème considérable, l’Organisation maritime internationale (OMI) est en train d’établir de nouvelles règles environnementales pour réduire leurs émissions de soufre. Ce nouveau règlement devrait entraîner une croissance considérable de l’emploi des laveurs de gaz utilisant du nickel sur les navires à moteur diesel.

es océans, qui constituent notre plus grand écosystème, produisent plus de la moitié de l’oxygène que nous respirons et la plupart des poissons, coquillages et crustacés que nous consommons. Ils servent aussi de voies de navigation. Par conséquent, la santé des océans est essentielle à notre survie. Alors que nous prenons davantage conscience de la nécessité de réduire notre empreinte écologique, l’industrie du transport maritime s’emploie de plus en plus à trouver des moyens de réguler son impact, notamment en diminuant le plus possible les émissions nocives.

Un modèle particulier de laveur de gaz, présenté ci-dessous, réduit les émissions d’oxydes de soufre (SOX ) en faisant passer le flux de gaz d’échappement du moteur par plusieurs chambres contenant un « nuage laveur » savamment produit à partir d’eau de mer. Le lavage à l’eau de mer des gaz d’échappement chauds produit un milieu corrosif conjuguant chlorures, hautes températures et acidité, si bien qu’il nécessite l’emploi d’alliages résistants à la corrosion (ARC). Les ARC envisageables pour cette utilisation vont des aciers inoxydables superausténitiques à 6 % de molybdène tels que l’AL-6XN™ (UNS N08367) aux alliages de nickel de série C tels que l’alliage 276 (UNS N10276) et l’alliage 59 (UNS N06059).

Gaz d’échappement lavés émis dans l’atmosphère |

La Convention internationale pour la prévention de la pollution par les navires (MARPOL) a établi plusieurs zones de contrôle des émissions (ZCE), qui limitent actuellement la teneur en soufre autorisée dans les carburants des navires à 0,10 % en poids. Ces zones comprennent la mer Baltique, la mer du Nord, l’Amérique du Nord (zones désignées le long des côtes du Canada et des États-Unis) et la partie de la mer des Caraïbes relevant des États-Unis (autour de Porto Rico et des îles Vierges américaines).

Unité de lavage des gaz d’échappement —

Traitement de l’eau de lavage |

En dehors de ces zones, la teneur en soufre est plafonnée à 3,50 % en poids, et ce plafond descendra à 0,50 % en poids au 1er janvier 2020. Cette date a été fixée sous réserve d’un réexamen de la disponibilité du fioul à faible teneur en soufre et pourrait être reportée à 2025 selon les résultats, qui devraient être connus d’ici 2018. Les options permettant de respecter la réglementation consistent à consommer un fioul à faible teneur en soufre (plus onéreux), à passer au gaz naturel, ou à installer un système de lavage des gaz d’échappement (qui est rapidement en train de devenir l’option de choix dans le transport maritime).

Échappement du moteur |

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 Diagramme d’un laveur de gaz pour navire construit par Clean Marine AS. Les laveurs de gaz installés sur les navires réduisent les émissions d’oxydes de soufre (SOX) en faisant passer le flux de gaz d’échappement du moteur par plusieurs chambres contenant un « nuage laveur » savamment produit à partir d’eau de mer.

DOSSIER SPÉCIAL 5

STEFAN NILSSON

L’acier inoxydable au nickel dans les trains à grande vitesse F

ace à une demande de transports en commun en plein essor dans le monde entier, les sociétés ferroviaires cherchent de nouvelles solutions pour répondre aux défis grandissants que pose la nécessité de transporter de plus en plus de passagers plus vite que jamais auparavant. L’une de ces solutions consiste à remplacer les infrastructures vieillissantes tout en créant de nouvelles liaisons à grande vitesse. À cela s’ajoutent de nouveaux impératifs désormais usuels : réduire les coûts d’exploitation et la consommation d’énergie, mieux assurer la sécurité des passagers, et améliorer le confort et l’aspect extérieur des équipements pour corriger la mauvaise image des transports en commun. Dans ce contexte, les sociétés ferroviaires se tournent notamment vers l’acier inoxydable au nickel pour construire de meilleures voitures de chemin de fer. Les trains X2000 du réseau suédois À la fin des années 80, lorsque la société nationale des chemins de fer suédois SJ (Statens Järnvägar) décida de se doter d’un parc de trains à grande vitesse, il lui fallait une solution conjuguant sécurité, confort et rentabilité dans la durée. Les châssis de son train à grande vitesse X2000 devaient donc allier rigidité, faible coût d’entretien et longue durée de vie, et la solution optimale était d’utiliser un alliage austénitique, l’acier inoxydable au nickel de nuance 304 (UNS S30400), et d’augmenter sa résistance par écrouissage. La société finlandaise Outokumpu fut chargée de fournir cet acier inoxydable, et la société helvético-suédoise ABB de construire

6 DOSSIER SPÉCIAL

les trains X2000, qui furent mis en service entre 1990 et 1998. Le X2000 est un train pendulaire à bogies radiaux, ce qui lui permet de négocier les courbes de la voie à 200 km/h sans compromettre le confort et la sécurité des passagers. La forte résistance à la flexion de son châssis réduit les vibrations et améliore le confort

r Un train X 2000 en route pour Copenhague traverse le pont de l’Öresund entre Malmö, en Suède, et l’île artiﬁcielle de Peperholm, au Danemark.

suédoises (environ 17 500 $ US actuels) par voiture au bout de 30 ans, et le poids des voitures était réduit d’environ 20 % par rapport à l’acier au carbone. L’allègement de la structure signifiait aussi que la propulsion du train nécessiterait moins d’énergie, ce qui se traduirait par des économies considérables, estimées à 800 000 kWh par voiture sur 30 ans.

… les châssis en acier inoxydable sont plus sûrs, plus légers et moins coûteux dans la durée que ceux en aluminium ou en acier au carbone. des voyageurs. Qui plus est, l’acier inoxydable 304 offre une excellente résistance aux chocs, ce qui améliore leur sécurité en cas d’accident. Les rames X2000 circulent surtout entre les grandes villes comme Stockholm, Copenhague et Göteborg. ABB a opté pour l’acier inoxydable au terme d’une analyse approfondie du cycle de vie dont les calculs montraient que les châssis construits avec ce matériau étaient plus sûrs, plus légers et moins coûteux dans la durée que ceux en aluminium ou en acier au carbone. Par exemple, les économies sur les coûts de maintenance étaient estimées à 100 000 couronnes

Aujourd’hui, au bout deux décennies, les trains font l’objet d’importantes mises à niveau techniques et rénovations intérieures. Cependant, les châssis en acier inoxydable d’origine sont toujours intacts et devraient rester en service pour deux décennies de plus. Le programme de rénovation et de mise à niveau promet d’améliorer la fiabilité et le confort de toutes les rames X2000 d’ici 2018. Cette utilisation de l’acier inoxydable montre à quel point il est essentiel de se fonder sur la totalité du cycle de vie pour choisir des matériaux. Il est toujours payant de tenir compte des coûts et des effets environnementaux à long terme et de sélectionner la bonne nuance d’acier inoxydable.

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ISTOCKPHOTO.COM © ROLAND MAGNUSSON ALSTOM

et l’arrière sont des zones de déformation qui plient sous le choc pour absorber son énergie.

En Inde, les voitures LHB utilisent de l’acier inoxydable austénitique pour le pavillon et le plancher ondulé, là où le risque de corrosion est élevé.

Des voitures LHB pour les trains à grande vitesse indiens Les Indian Railways constituent le plus grand réseau ferroviaire en propriété unique au monde. Véritable système vasculaire de l’Inde, il transporte plus d’un milliard de tonnes de fret par an et plus de 23 millions de passagers par jour. Son parc de matériel compte environ 250 000 wagons marchandises et près de 70 000 voitures voyageurs. Avec la croissance de l’économie indienne, les Indian Railways doivent faire face aux défis posés par l’augmentation du trafic en dépit des contraintes qui pèsent sur la capacité de leurs voies, gares et terminaux. Alors que prennent forme les projets de décongestion du réseau existant par la mise en service de trains à grande vitesse, la sécurité des passagers a acquis une importance capitale

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dans la conception des caisses de voitures voyageurs et dans la sélection des matériaux utilisés pour les construire. Vu son ampleur, le réseau a connu un certain nombre d’accidents mortels au cours des dernières décennies, ce qui a suscité des appels à construire des voitures ferroviaires plus résistantes aux chocs par une meilleure conception de leur structure et par l’emploi d’un matériau supérieur, et ces appels se font plus pressants à chaque accident majeur. Dans l’idéal, lorsqu’un véhicule subit un accident, les passagers doivent être enfermés dans une structure protectrice rigide équipée de ceintures de sécurité pour ne pas subir de blessures graves. Les automobiles actuelles sont conçues sur ce modèle : leur habitacle est une cellule de sécurité rigide tandis que l’avant

Reconnaissant l’importance d’utiliser des voitures ferroviaires en acier inoxydable au nickel pour améliorer la sécurité des passagers, les Indian Railways ont mis en service celles produites par la société allemande LHB (Linke Hofmann Busch), et ce dès 2001. Selon un haut fonctionnaire du ministère des Chemins de fer, « les voitures en acier de LHB intègrent davantage de caractéristiques de sécurité, car elles absorbent plus eﬃcacement les chocs et ne se renversent pas facilement lors d’un déraillement, réduisant ainsi les pertes en vies humaines en cas d’accident ». L’acier de nuance 304 (UNS S30400) est utilisé pour le pavillon et le plancher ondulé, là où le risque de corrosion est élevé. Pour les réservoirs d’eau et les cuves de biodigesteur des toilettes, le matériau idéal est la nuance 316L (UNS S31603). Chaque voiture utilise environ 10 à 11 tonnes d’acier inoxydable, dont 40 % sont austénitiques. En 2016, les Indian Railways prévoyaient de mettre en service 4 000 voitures LHB sur leur réseau, avant d’annoncer, lors du congrès Rail India de la même année, un plan plus ambitieux visant à « remplacer tout leur parc par des voitures LHB d’ici 2018 ». Il va sans dire que cette décision d’assurer la sécurité des passagers en remplaçant rapidement toutes les voitures ferroviaires par des modèles en acier inoxydable au nickel fera fortement augmenter l’utilisation de ce matériau en Inde. DOSSIER SPÉCIAL 7

WIKIMEDIA COMMONS

AEROJET ROCKETDYNE

ISTOCKPHOTO.COM © WISSANU01

r Conﬁguration de la charge du lanceur Vulcan de l’ULA dans son carénage de 5 m de diamètre

r Les pièces imprimées en 3D du moteur-fusée d’Aerojet Rocketdyne ont résisté aux essais à feu.

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Une véritable idée de génie : l’impression 3D et le nickel relancent la conquête spatiale es dernières années, le projet de créer un véhicule spatial peu coûteux digne de succéder à la navette spatiale se réalise lentement mais sûrement.

Les États-Unis ont pris la tête des efforts visant à créer des lanceurs rentables et réutilisables, et ces efforts se sont intensifiés sous l’effet d’un facteur déterminant : depuis l’arrêt définitif du programme de la navette spatiale en 2011, ce pays est devenu tributaire des moteurs-fusées RD-180 de fabrication russe pour mettre en orbite ses satellites, y compris ceux dont dépend sa sécurité nationale. En 2014, par décision du Congrès des États-Unis, le pays s’est donné jusqu’à 2019 pour éliminer cette dépendance en créant ses propres moyens de lancement. Depuis 2006 déjà, la NASA collabore avec de nombreuses entreprises à la mise au point de vecteurs capables de mettre chargements et équipages en orbite basse. Plusieurs sociétés américaines participent à cet effort et sont désormais en passe de réaliser leur promesse de transporter matériel et passagers dans l’espace par des systèmes de lancement rentables (et dans certains cas réutilisables), et ce en utilisant des alliages au nickel. Des procédés de fabrication conjuguant impression 3D et alliages de nickel Les sociétés SpaceX (fondée par Elon Musk, le créateur de Tesla), Blue Origin (fondée par Jeff Bezos, devenu milliardaire en créant Amazon) et Aerojet Rocketdyne (une entreprise cotée en bourse) utilisent toutes trois la fabrication additive (autre nom de l’impression 3D) pour construire les éléments essentiels de leurs prochains lanceurs. Ce procédé présente de nets avantages sur les méthodes traditionnelles de conception et de construction des lanceurs, dont le premier est de réduire le coût de fabrication des éléments complexes. Selon la NASA, un facteur déterminant pour réduire les coûts est la capacité à diminuer le nombre de composants. Dans le cas d’Aerojet, la construction du moteur-fusée ne nécessite de fabriquer que trois éléments distincts, contre plus d’une centaine dans la version d’origine. Et les alliages au nickel leur confèrent la capacité de résister aux contraintes mécaniques et thermiques intenses qu’imposent les vols spatiaux.

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SpaceX, quant à elle, emploie l’impression 3D pour fabriquer la chambre de combustion de son moteur-fusée — voir l’article détaillé paru dans Nickel en juillet 2014 (Vol. 29, nº 2).

Aerojet Rocketdyne, également en concurrence pour un lancement d’ici 2019, utilise l’alliage au nickel Mondaloy™ en impression 3D pour fabriquer la préchambre de combustion de son moteur-fusée, un élément essentiel au rendement élevé de sa turbomachine, dont la conception vient d’être validée par des essais

Les alliages au nickel confèrent aux moteurs-fusées la capacité de résister aux contraintes mécaniques et thermiques intenses des vols spatiaux. De même, Blue Origin utilise l’impression 3D pour construire son moteur-fusée à gaz naturel liquéfié de nouvelle génération (le BE-4) à partir de l’alliage au Monel® K-500 (UNS K05500), en particulier à toutes les étapes de fabrication de sa turbine hydraulique innovante, qui intègre des passages d’écoulement interne très complexes. L’alliage Monel® K-500 se compose essentiellement de nickel (pour environ un tiers) et de cuivre (pour un peu moins du tiers) et comprend de petites quantités d’aluminium et de titane, ce qui augmente sa résistance aux contraintes par un mécanisme de durcissement structural. Le premier moteur-fusée BE-4 de Blue Origin est désormais assemblé et sera bientôt suivi de plusieurs autres exemplaires. En bout de chaîne, huit de ces propulseurs seront intégrés à son New Glenn, un lanceur de plus de 82 m conçu pour la mise sur orbite de lourdes charges et de passagers.

à feu. Le banc d’essais du moteur assemblé est prévu pour une date ultérieure. L’alliage Mondaloy™, fruit d’une collaboration entre Aerojet Rocketdyne et le laboratoire de recherche des forces aériennes américaines, ressemble au Monel et offre lui aussi la résistance mécanique et thermique requise. Blue Origin et Aerojet sont en lice pour construire les moteurs-fusées qui propulseront le Vulcan, un lanceur mis au point par la United Launch Alliance (ULA), une coentreprise de Boeing et Lockheed Martin, et destiné à mettre sur orbite les satellites de reconnaissance essentiels à la défense des États-Unis. Le lanceur actuel de l’ULA (l’Atlas V) est propulsé par des moteurs-fusées de fabrication russe et aﬃche une soixantaine de lancements réussis. Vu le succès des essais réalisés à ce jour, il est tout à fait clair que l’impression 3D et les alliages au nickel seront essentiels aux vols spatiaux américains pour les décennies à venir.

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r Essai à échelle réduite du BE-4 réalisé de nuit

DOSSIER SPÉCIAL 9

L’INNOVATION BIOTECHNOLOGIQUE AU SERVICE DE LA CHIMIE VERTE Le nickel assure le lien L

’acide succinique est un acide dicarboxylique de formule (CH2)2(CO2H)2 dont le nom vient du latin succinum, qui signifie ambre. Cet acide a des usages éco-industriels innovants, mais il est hautement corrosif pour les aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés, si bien que l’acier inoxydable au nickel joue un rôle essentiel dans sa production. L’acide succinique peut s’employer dans la fabrication de tout un éventail de produits d’usage courant tels que polyuréthanes, peintures, revêtements, colles, enduits d’étanchéité, faux cuirs, additifs alimentaires, cosmétiques, produits d’hygiène et de soins, plastiques biodégradables, nylons, lubrifiants industriels, teintures et pigments, plastifiants sans phtalate ou composés pharmaceutiques. Beaucoup ignorent que les assaisonnements qu’ils ajoutent à leurs plats favoris contiennent souvent de l’acide bio-succinique. Cet acide aide à réduire l’acidité du vin et des boissons gazeuses. Il sert aussi d’adoucissant pour la peau dans les cosmétiques. Traditionnellement, l’acide succinique est produit à partir de combustibles fossiles. Cependant, différentes entreprises ont mis au point des solutions vertes innovantes : l’américain Myriant, le néerlandais Reverdia (coentreprise de Roquette et DSM), l’allemand Succinity (coentreprise

de BASF et Corbion) et le canadien BioAmber (dont le siège est à Montréal). Ces procédés biotechnologiques exclusifs emploient la fermentation pour convertir les sucres en acide succinique et contribuent ainsi au développement durable en transformant mondialement une industrie. BioAmber et sa technologie de rupture Inaugurée fin 2015, l’usine BioAmber de Sarnia, dans l’Ontario, est la plus grande unité de production d’acide succinique au monde. L’acide succinique qu’elle produit à partir de sucres provenant de matières premières renouvelables telles que le maïs est indiscernable de son équivalent pétrochimique. Cette technologie de rupture ne produit pas seulement un acide succinique plus écologique, mais élimine aussi des émissions de gaz à effet de serre (GES) tout en consommant moins d’énergie que la

production pétrochimique. Une analyse du cycle de vie indépendante portant sur toute la chaîne de production depuis le semis et la récolte du maïs jusqu’à la purification de l’acide succinique a révélé que l’émission nette de GES pour l’ensemble du processus était nulle. Ce bilan est à comparer aux 7,1 tonnes de GES émises pour chaque tonne d’acide succinique pétrochimique. À plein rendement, l’usine BioAmber de Sarnia réduira les émissions de GES de 210 000 tonnes par an par rapport au procédé pétrochimique. C’est comme si on retirait 45 000 voitures de la circulation. L’analyse du cycle de vie a aussi montré que cette technique utilisait 64 % d’électricité en moins par rapport aux procédés pétrochimiques traditionnels. Les technologies de rupture sont créatrices de valeur et font naître de nouveaux marchés et de nouveaux paramètres de fonctionnement. Bayer MaterialScience (désormais Covestro) a lancé une gamme innovante de matériaux biosourcés pour la fabrication de textiles employés dans les secteurs de la chaussure, du vêtement de sport, de l’automobile et de la confection.

Tableau 2. Principales nuances d’acier inoxydable utilisées dans les usines de produits chimiques biosourcés Nom usuel

UNS

Attributs

304

S30400

1.4301

Bonne résistance à la corrosion dans l’ensemble en milieu légèrement acide ainsi qu’en milieu caustique. Degré de résistance minimum légèrement plus élevé que pour les nuances en L.

304L

S30403

1.4307

Comme le précédent, à la différence près que les nuances en L sont préférées pour les structures soudées. Ces matériaux peuvent généralement s’acheter en version « doublement certifiée » répondant aux critères des nuances 304 et 304L.

316

S31600

1.4401/1.4436

Meilleure résistance à la corrosion que le 304, notamment en milieux acides.

316L

S31603

1.4404/1.4432

Tableau 3. Aciers inoxydables spéciaux et alliages de nickel utilisés dans les usines de produits chimiques biosourcés Nom usuel

UNS

Attributs

316Ti

S31635

1.4571

Résistance à la corrosion similaire à celle du 316. Plus grande résistance mécanique à haute température. S’utilise surtout en Europe.

317L

S31703

1.4438

Légèrement plus résistant à la corrosion que le 316L.

904L

NO8904

1.4539

Excellente résistance à la corrosion dans l’acide sulfurique.

Alliages à 6 % de molybdène

Divers

Plus grande résistance que les alliages de la série 300, notamment à haute température ou en présence de chlorures.

2101

S32101

1.4162

L’un des différents alliages duplex à teneur réduite en nickel offrant une résistance mécanique élevée et convenant aux réservoirs de grandes dimensions.

2205

S32205

1.4462

Alliage duplex offrant une plus grande résistance aux contraintes, à la corrosion et à l’érosion que ceux de la série 300.

2507

S32750

1.4410

L’un des différents alliages super duplex, offrant une plus grande résistance à la corrosion que le 2205.

Alloy C276

C10276

2.4819

Alliage de nickel employé dans les milieux extrêmement corrosifs.

Alloy C22

N06022

2.4602

Alliage de nickel employé dans les milieux extrêmement corrosifs.

Alloy 20

N08020

2.4460

Excellente résistance à la corrosion dans l’acide sulfurique.

10 DOSSIER SPÉCIAL

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

 L’usine BioAmber de Sarnia, en Ontario

Capable de produire 35 000 tonnes d’acide succinique et 23 000 tonnes de butane-1,4diol par an, l’usine canadienne de BioAmber est aujourd’hui la plus grosse unité de production d’acide succinique au monde. Pour répondre à une demande mondiale d’acide succinique et de produits dérivés en augmentation rapide, BioAmber compte construire d’autres usines en Amérique du Nord et atteindre une capacité cumulée de 165 000 tonnes d’acide succinique et de 123 000 tonnes de butane-1,4-diol. s Une tuyauterie en acier inoxydable au nickel relie les diﬀérentes étapes du procédé.

 Des citernes en acier inoxydable au nickel maintiennent la pureté et la longévité du produit.

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

Des glucides plutôt que des hydrocarbures

uand on compare les produits chimiques organiques issus des combustibles fossiles à ceux provenant de la biomasse, autrement dit ceux issus des hydrocarbures à ceux provenant des glucides (autrefois appelés hydrates de carbone), ils se distinguent surtout par leur teneur en oxygène. Les produits chimiques organiques issus des hydrocarbures sont plutôt inertes et non réactifs, et leur traitement n’est pas particulièrement corrosif. Par conséquent, le matériel servant à leur traitement de base peut souvent être en acier au carbone non allié ou faiblement allié. En revanche, les produits chimiques organiques biosourcés, avec leurs radicaux hydroxyle et carbonyle, peuvent facilement réagir et se dégrader pour former des composés tels que les acides acétique, formique et lactique, tous très corrosifs pour les aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés. Dans la transformation de la biomasse, les matières premières, impuretés, produits intermédiaires et sous-produits sont tous différents de ceux rencontrés dans la transformation des hydrocarbures. Dès lors, la plus grande partie du matériel employé pour fabriquer des produits chimiques organiques biosourcés doit être constituée de matériaux résistants à la corrosion. Cette résistance à la corrosion est alors assurée par l’emploi d’aciers austénitiques au nickel (principalement de nuances 304, 304L, 316 et 316L), d’un éventail d’aciers inoxydables spéciaux contenant eux aussi du nickel et, parfois, d’alliages de nickel. Ces matériaux au nickel offrent des solutions rentables et durables à une industrie des produits chimiques biosourcés qui connaît actuellement une croissance accélérée.

Procédé BioAmber

Culture du maïs

Mouture du maïs

Fermentation

Acide succinique

Procédé pétrochimique

Extraction du pétrole

Craquage du naphta

Oxydation du butane

Conversion chimique

Acide succinique

Durabilité et matières premières de remplacement Tout en se concentrant sur l’utilisation des sucres issus des matières premières les plus abondantes et les moins coûteuses, BioAmber est très consciente de la nécessité de rechercher les ressources les plus écologiquement viables qui soient. À l’heure actuelle, ce sucre provient du maïs, mais il pourrait aussi provenir de la canne, de la betterave, du sorgho, du blé ou du manioc. À plus long terme, BioAmber a pour objectif d’utiliser des déchets agricoles, forestiers et industriels en remplacement des sources de sucres traditionnelles.

Grâce au remplacement de l’acide succinique d’origine pétrochimique par celui de BioAmber, ces écoproduits offrent une excellente performance environnementale et contiennent jusqu’à 65 % de matière renouvelable.

DOSSIER SPÉCIAL 11

FURRER+FREY

r Un acier inoxydable fortement allié a été choisi pour tous les éléments de la structure métallique du système, qui est prévu pour durer 80 ans.

Tunnel de la Severn : un nouveau système d’électrification reposant sur l’acier inoxydable P

endant six semaines de septembre et octobre 2016, la société Network Rail (qui gère l’essentiel de l’infrastructure ferroviaire britannique) a installé un système innovant pour électrifier la voie ferrée passant dans le tunnel de la Severn. Inauguré il y a 130 ans, ce tunnel de sept kilomètres passe sous l’estuaire de la Severn pour relier l’ouest de l’Angleterre au pays de Galles du Sud. Au lieu des caténaires traditionnelles, le système installé dans le tunnel se compose d’un profilé d’aluminium portant la ligne de contact et retenu par des antibalançants eux-mêmes fixés à des tubes verticaux de section carrée descendant de la voûte. Fabriqué par l’entreprise suisse Furrer+Frey, ce système à profilé aérien rigide est plus robuste et plus rationnel que les câbles aériens et nécessite moins d’entretien. Il est aussi plus compact que le système à câble porteur traditionnel, ce qui permet de l’utiliser dans les tunnels de faible hauteur.

L’intérieur du tunnel de la Severn présente un milieu particulièrement rigoureux en raison des infiltrations de chlorures venus de l’eau salée de l’estuaire et de l’accumulation de poussière de houille au passage des trains transportant du charbon. C’est pourquoi un acier inoxydable fortement allié a été choisi pour tous les éléments de la structure métallique du système, qui est prévu pour durer 80 ans avec un entretien minime. Les tunnels sont par nature des environnements

12 APPLICATIONS

diﬃciles pour les travaux de construction et de maintenance, si bien que les coûts supplémentaires engendrés par le recours à l’acier inoxydable sont acceptables du point de vue de la durée de vie totale du système ; il va de soi qu’une grande partie du coût d’investissement provient aussi des frais de fabrication et de main-d’œuvre. Des tiges d’ancrage M16 en acier inoxydable superausténitique (UNS N08926/ N08367) supportent la ligne d’alimentation

en opposition de phase à la ligne de contact appelée feeder (tous les 2 m de centre à centre) ainsi que l’embase des tubes verticaux supportant le système à profilé aérien rigide (tous les 8,5 m de centre à centre). Les tiges d’ancrage ont été fixées à la résine jusqu’à une profondeur de 315 mm à travers le briquetage du tunnel. L’acier inoxydable super duplex 2507 (UNS S32750) a été sélectionné pour les embases et tubes verticaux supportant les antibalançants du système et pour les éléments de structure en porte-à-faux de ces derniers. C’est en revanche l’acier inoxydable austénitique de nuance 316L (UNS S31603) qui a été utilisé pour les éléments de la structure métallique supportant ce système dans cinq autres tunnels présentant des milieux moins rigoureux, dans le cadre du grand programme d’électrification de la principale ligne ferroviaire reliant Londres au pays de Galles du Sud.

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

En route avec les alliages magnétiques doux Ni-Fe Des capteurs et blindages électromagnétiques plus performants pour une meilleure écomobilité

vec la montée en puissance de l’électromobilité, des groupes motopropulseurs électriques et des appareils numériques associés, la demande de capteurs et de matériaux de blindage eﬃcaces est en augmentation. Les matériaux au nickel jouent un rôle déterminant dans ce domaine d’application en pleine croissance. Les alliages de nickel sont bien connus pour leur résistance à la corrosion et aux températures élevées. Cependant, certains d’entre eux ont encore plus à offrir. Les alliages nickel-fer, qui constituent le groupe appelé alliages magnétiques doux, sont faciles à magnétiser et à démagnétiser. Leurs propriétés magnétiques, l’intensité de leur champ coercitif, leur perméabilité et leurs pertes par hystérésis sont nettement meilleures que celles des matériaux ferreux. Une plus forte teneur en nickel pour un meilleur blindage L’un de leurs principaux domaines d’application est le blindage électromagnétique.

VDM

Les appareils électriques produisent des champs magnétiques et électromagnétiques capables de perturber le fonctionnement des appareils sensibles aux interférences. Pour réduire les effets des champs indésirables, il faut « blinder » les appareils susceptibles de les produire ou de les subir. L’effet de blindage résulte d’une réorientation des « flux magnétiques » indésirables par le matériau de blindage afin de réduire ou éliminer ces champs à l’intérieur du volume blindé. Le matériau de blindage en question se caractérise par un facteur de protection corrélé à sa perméabilité magnétique. s La fonderie VDM d’Unna, en Allemagne

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

En règle générale, plus la teneur en nickel est forte (jusqu’à 85 %), plus le facteur de protection est élevé. Le matériau de blindage approprié se sélectionne en fonction de la force des champs magnétiques et électromagnétiques indésirables. Les alliages contenant environ 80 % de nickel offrent la plus grande perméabilité magnétique. Ainsi, les alliages magnétiques doux tels que le VDM® Magnifer 7904 (UNS N14080), qui contient plus de 75 % de nickel, sont les matériaux de blindage les plus perméables. Les blindages en alliages nickel-fer sont d’usage courant dans les microphones et têtes d’enregistrement des appareils audio, dans les capteurs et dans les tubes à faisceau électronique. Ces matériaux au nickel s’utilisent aussi parfois dans les hôpitaux pour le blindage intégral des salles d’examen où s’utilisent des instruments de mesure ultrasensibles. Le défi est de transférer au secteur des transports le savoir-faire et l’expérience acquis dans d’autres secteurs. De plus grandes exigences à l’égard des capteurs Les besoins de l’électromobilité font augmenter les exigences à l’égard des capteurs. Par exemple, les capteurs de mesure actuellement

utilisés pour les systèmes de gestion de batterie sont fabriqués à partir d’alliages magnétiques doux au nickel en raison de leur densité de flux de saturation, de leur forte perméabilité et de leur faible champ coercitif. Les secteurs des transports et des instruments médicaux peuvent utiliser des alliages tels que le VDM® Magnifer 7904, le VDM® Magnifer 36 (UNS K93600) et le VDM® 50 (UNS K94840). Une fabrication orientée vers les propriétés attendues L’obtention de bonnes propriétés magnétiques douces nécessite de produire un matériau très pur en commençant par une fusion à l’air suivie d’un traitement ou d’une fusion sous vide. Les alliages magnétiques doux nickel-fer existent sous forme d’éléments solides (pièces forgées, barres, feuilles, plaques, rubans et tôles) ainsi que de fils ou pellicules de faible épaisseur. Les alliages Ni-Fe doivent faire l’objet d’un recuit final. Ce n’est qu’après ce recuit final que leurs extraordinaires propriétés magnétiques douces commencent à se manifester dans le procédé de fabrication. Les propriétés magnétiques attendues des alliages nickel-fer peuvent être adaptées à différentes utilisations en modulant la composition de l’alliage ainsi que le procédé de recuit. Ainsi, les alliages magnétiques doux nickel-fer sont en passe de jouer un rôle clé dans la mise en œuvre de systèmes de transport durables et respectueux du climat et de l’environnement. s Un ruban d’alliage nickel-fer

APPLICATIONS 13

L’ACIER NICKELÉ

Pour prévenir l’encrassement des conduites

ouvent, l’innovation résulte d’une expérience fâcheuse, comme celle vécue par l’un des dirigeants d’un grand équipementier qui, lors d’un long périple routier, s’est retrouvé en panne à mi-parcours à cause d’une défaillance complète de son système d’alimentation en carburant. L’issue heureuse, c’est la naissance d’un nouvel emploi de l’acier nickelé dans les conduites de carburant.

Codes UNS UNS

augmenter. Ces carburants hygroscopiques peuvent être très corrosifs pour la paroi interne des conduites de carburant et entraîner une défaillance complète du système.

TATA STEEL

Une meilleure protection interne L’examen photomicrographique des conduites de carburant du véhicule a montré qu’elles s’étaient obstruées sous l’effet d’une forte corrosion. Les conduites de carburant des véhicules à essence sont habituellement en acier standard à faible teneur en carbone. Les équipementiers se sont concentrés sur le revêtement externe des tubes pour les protéger contre la corrosion par le sel et les dommages mécaniques causés par le gravier. Les surfaces internes n’ont pas recueilli la même attention avant que l’emploi des carburants automobiles contenant de l’éthanol ne se mette à

r Éléments de conduite de carburant en acier nickelé.

Une demande croissante chez les équipementiers Avec l’usage accru des carburants à l’éthanol, les fabricants de conduites font davantage appel à l’acier nickelé, dont les propriétés physiques font tout l’intérêt. Le nickel fond à peu près à la même température que l’acier, et lorsqu’une feuille d’acier nickelé est mise en forme et soudée à l’intérieur d’un tube,

le nickel en fusion s’écoule sur le cordon de soudure et l’encapsule, de manière à créer une surface interne revêtue et une barrière anticorrosion. Au fil de l’évolution des carburants, l’acier nickelé s’est avéré un matériau utile à l’innovation dans le secteur automobile.

Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).

S30400 p. 6, 7, 10, 11

0,08 max

18,0 à 20,0

restant

2,00 max

0,10 max

8,0 à 10,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

S30403 p. 2, 10, 11

0,03 max

18,0 à 20,0

restant

2,00 max

0,10 max

8,0 à 12,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

S31600 p. 10, 11

0,08 max

16,0 à 18,0

restant

2,00 max,

0,10 max

10,0 à 14,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

S31603 p. 2, 7, 10, 11, 12

0,03 max

16,0 à 18,0

restant

2,00 max

2,00 à 3,00

0,10 max

10,0 à 14,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

S31635 p. 10

0,08 max

16,0 à 18,0

restant

2,00 max

2,00 à 3,00

10,0 à 14,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

5x(C+N) min 0,70 max

S31703 p. 10

0,03 max

18,0 à 20,0

restant

2,00 max

3,00 à 4,00

11,0 à 15,0

0,045 max

0,030 max

0,75 max

S32101 p. 10

0,04 max

21,0 à 22,0

0,10 à 0,80

restant

4,00 à 6,00

0,10 à 0,80

0,20 à 0,25

1,35 à ,70

0,040 max

0,030 max

1,00 max

S32205 p. 10

0,030 max

22,0 à 23,0

restant

2,00 max

3,00 à 3,50

0,14 à 0,20

4,50 à 6,50

0,030 max

0,020 max,

1,00 max

S32750 p. 4, 10, 12

0,030 max

24,0 à 26,0

0,50 max

restant

1,20 max

3,3 à 5,0

0,24 à 0,32

6,0 à 8,0

0,35 max

0,020 max

0,80 max

N08904 p. 10

0,020 max

19,0 à 23,0

1,00 à 2,00

restant

2,00 max

4,00 à 5,00

23,0 à 28,0

0,045 max

0,035 max

1,00 max

N08926 p. 12

0,020 max

19,0 à 21,0

0,50 à 1,50

restant

2,00 max

6,00 à 7,00

0,15 à 0,25

24,0 à 26,0

0,030 max

0,010 max

0,50 max

N08020 p. 10

0,07 max

19,0 à 21,0

3,00 à 4,00

restant

2,00 max

2,00 à 3,00

32,0 à 38,0

0,045 max

0,035 max

1,00 max

N08367 p. 5, 12

0,030 max

20,0 à 22,0

0,75 max

restant

2,00 max

6,0 à 7,0

0,18 à 0,25

23,5 à 25,5

0,040 max

0,030 max

1,00 max

N10276 p. 5, 10

0,01 max

2,5 max

14,5 à 16,5

4,0 à 7,0

1,0 max

15,0 à 17,0

restant

0,025 max

0,010 max

0,08 max

3,0 à 4,5

N06022 p. 10

0,01 max

2,5 max

20,0 à 22,5

2,0 à 6,0

0,50 max

12,5 à 14,5

restant

0,02 max

0,08 max

2,5 à 3,5

N06059 p. 5

0,01 max

0,3 max

22,0 à 24,0

1,5 max

0,5 max

15,0 à 16,5

restant

0,015 max

0,005 max

0,10 max

0,1 à 0,4

N05500 p. 9

0,25 max

27,0 à 33,0

2,0 max

1,5 max

restant

0,01 max

0,5 max

0,35 à 0,85

2,30 à 3,15

N01555 p. 15

0,005 max

0,025 max

54 à 57

restant

K93600 p. 13

0,10 max

1 max

0,50 max

restant

0,60 max

0,50 max

35 à 38

0,025 max

0,35 max

K94840 p. 13

0,05 max

0,50 max

0,30 max

restant

0,80 max

0,30 max

47 à 49

0,03 max

0,01 max

0,50 max

N14080 p. 13

0,05 max

0,50 max

0,30 max

restant

0,80 max

3,5 à 6,0

79,0 à 82,0

0,02 max

0,01 max

0,50 max

14 APPLICATIONS

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

WIKIMEDICOMMONS

Comment les propriétés exceptionnelles du nitinol aident à façonner le nouveau système de récupération de chaleur fatale

LE NITINOL AIDE LES MOTEURS ÉCOÉNERGÉTIQUES À TRANSFORMER LA CHALEUR FATALE EN ÉLECTRICITÉ U

n nouveau moteur écoénergétique générant de l’électricité à partir d’eau chaude fatale pourrait réduire les émissions de carbone et la consommation d’énergie dans les transports maritimes et dans bien d’autres secteurs. Cette innovation, mise au point par la société Exergyn de Dublin, tire parti des propriétés de mémoire de forme du nitinol (UNS N01555), un alliage de nickel et de titane. Selon Mike Langan, responsable de la gestion des produits chez Exergyn, « avec cette technologie, la récupération de la chaleur fatale de basse qualité1 deviendra rentable pour la première fois ». Il explique que ce système peut aider les armateurs à améliorer le rendement de leurs navires tout en réduisant leurs émissions, et donc à se conformer à une réglementation de plus en plus rigoureuse. En effet, l’Organisation maritime internationale (OMI) a prévu que les émissions liées à la navigation augmenteraient de 250 % si rien n’est fait pour améliorer le rendement des moteurs.

SYSTÈME EXERGYN DRIVE™

De plus, ce système est sans danger pour la navigation, car il ne fait pas intervenir de liquides dangereux sujets à des fuites et fonctionne à basse pression. Exergyn vise à offrir l’une des formes de production d’énergie les moins coûteuses, avec un coût actualisé de l’électricité2 inférieur ou égal à 0,045 €/kWh. Le programme Horizon 2020 de la Commission européenne a attribué une aide de 2,5 millions d’euros à Exergyn pour l’aider à amener son produit sur le marché. Les essais industriels devraient commencer plus tard cette année, tandis que les essais dans les transports maritimes sont prévus pour 2019, avec encore 6 000 heures d’essais du système complet en perspective. SYSTÈME EXERGYN DRIVE—

e nitinol est un alliage de nickel et de titane présentant des propriétés de mémoire de forme et une superélasticité hors du commun. Bien qu’il soit possible de le déformer en le courbant ou en le tordant, il reprend sa forme d’origine lorsqu’il est chauffé à une certaine température. Le nitinol se déplie aussi lorsqu’il est refroidi, ce qui en fait un composant idéal pour la nouvelle technologie. Un faisceau de câbles en nitinol d’un mètre de long est fixé à un piston, et ces câbles sont arrosés alternativement d’eau froide et d’eau chaude toutes les dix secondes. Il en résulte une succession rapide de dilatations et de contractions d’environ quatre centimètres qui entraînent le piston. Un système hydraulique solidaire du précédent entraîne à son tour un générateur. La plupart des usages existants du nitinol ne nécessitent qu’une petite quantité de ce matériau, par exemple dans le cas des dispositifs médicaux. Cette nouvelle technologie pourrait bien être la première utilisation du nitinol à l’échelle industrielle. Chaque unité contiendrait plusieurs kilogrammes d’alliage à mémoire de forme.

NICKEL

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ÉLECTRICITÉ 1. La chaleur fatale de basse qualité est par déﬁnition celle de l’eau à moins de 120 °C et habituellement entre 80 et 95 °C. La plupart des producteurs de chaleur fatale de basse qualité n’en font aucun usage. 2. Le coût actualisé de l’électricité, ou coût actualisé de l’énergie, est le coût unitaire net actuel de l’électricité sur la durée de vie de l’équipement qui la produit. Il sert souvent d’indicateur indirect du prix moyen que l’équipement producteur doit recevoir dans un marché donné pour atteindre le seuil de rentabilité sur sa durée de vie.

NICKEL, VOL. 32, Nº 2, 2017

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APPLICATIONS 15

L’édition Nickel du

VÉLO BROMPTON

Une brillante harmonie entre forme et fonction

orsqu’Andrew Ritchie commença à concevoir un vélo pliant dans son appartement de South Kensington en 1975, il le voulait plus performant, plus pratique et plus esthétique que le modèle pliable en deux tout à fait incommode et encombrant qu’il venait juste d’essayer.

Avec sa finition remarquablement soignée et sa conception intelligente, le vélo se plie pour devenir un objet pratique, compact et facile à porter, à remorquer ou à ranger. L’édition Nickel est le fleuron de la gamme Brompton. Son nickelage autocatalytique de 50 microns à forte teneur en phosphore finement poli lui confère un aspect somptueux et étincelant, et avec son traitement anticorrosion exceptionnel, normalement réservé aux équipements d’exploration minière et de forage sous-marin, c’est à ce r Le Brompton Nickel Edition jour le fini le plus achevé de Brompton.

s Le vélo replié : La chaîne et les plateaux et pignons sont disposés au centre de l’ensemble replié pour les tenir à l’écart des vêtements et des bagages. En bas à gauche : Chaque vélo est brasé à la main par un ouvrier qualiﬁé qui appose ﬁèrement sa « signature » sur les éléments du vélo qu’il assemble.

BROMPTON BICYCLE LTD.

Produit à plus de 45 000 exemplaires par an, le Brompton est le vélo facile à vivre de notre temps.

BROMPTON BICYCLE LTD.

Son premier vélo Brompton a dû surmonter bien des défis, mais après 25 ans de perfectionnement et d’améliorations constantes, Brompton Bicycle Ltd. est désormais le plus gros fabricant de vélos au Royaume-Uni.