NICKEL, VOL. 34, Nº 2, 2019

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 34, Nº 2, 2019

Aujourd’hui et demain Le nickel dans la vie et la science Captage et stockage du carbone : un futur prometteur

Détection des ondes gravitationnelles : le rôle du nickel

Le nouveau pont Champlain : 125 ans d’avenir

ÉTUDE DE CAS 16 LA TOUR MERDEKA PNB 118 En lice pour se hisser au troisième rang des plus hauts gratte-ciel du monde en culminant à 644 mètres, la tour Merdeka PNB 118 (financée par la Permodalan Nasional Berhad, une société d’investissement publique) est en construction à Kuala Lumpur. Construite sur le site de la déclaration d’indépendance malaisienne de 1957, cette tour cristalline s’élèvera sur 118 étages surmontés d’une flèche de 150 mètres de haut.

Selon le cabinet d’architectes australien

idéal pour supporter les pressions

Fender Katsalidis, qui a collaboré avec

extrêmes associées aux structures très

son homologue malaisien RSP, et le

élevées, ainsi que pour distribuer une

cabinet d’architecture du paysage

eau potable d’excellente qualité. La

Sasaki, « l’aspect facetté de l’immeuble

plomberie utilisera à elle seule plus de

rappelle les formes caractéristiques

70 tonnes d’acier inoxydable de nuance

des arts et artisanats traditionnels de la

304 (UNS S30400), sous la forme de

Malaisie ».

tuyaux et raccords de 15 à 60,5 mm de

Un édifice fait pour durer La structure principale comprend un système en acier de construction intégrant six ceintures de poutres en

diamètre. Deux sociétés malaisiennes, HOTO et Qudotech, sont chargées respectivement de fournir et d’installer les tubes en acier inoxydable des systèmes de distribution et d’évacuation

treillis – dont trois couplées de l’inté-

de l’eau. Ce chantier ambitieux doit

rieur à des liens de contreventement –,

s’achever en 2021.

des dalles de plancher mixtes et une charpente de toit complexe. Ce système est conçu pour assurer la stabilité de la tour face au vent et aux séismes. La superstructure repose sur un radier forés de 2,2 m de diamètre et 60 m de FENDER KATSALIDIS ARCHITECTS

profondeur.

Une plomberie tout en inox Avec une tour de 118 étages, il convenait d’opter pour une tuyauterie en acier inoxydable. C’est le matériau

NICKEL, VOL. VOL. 34, 34, Nº Nº 2, 2, 2019 2019 22 || NICKEL,

HOTO STAINLESS STEEL PLUMBING SYSTEM

de 4 m d’épaisseur et sur 137 pieux

ÉDITORIAL DU NEUF AVEC DE L’ANCIEN, D’EINSTEIN À LA CONQUÊTE SPATIALE ET DANS LES INFRASTRUCTURES DU QUOTIDIEN Notre société se fascine pour la nouveauté, ce qui est compréhensible. Mais il ne faut pas oublier que les matériaux qui nous ont accompagnés jusqu’ici continueront de le faire, à commencer par le nickel.

Il suffit par exemple de penser à l’acier inoxydable au nickel utilisé pour les vaisseaux de la nouvelle aventure LIGO/NSF, UNIVERSITÉ D’ÉTAT DE SONOMA, A. SIMONNET

spatiale lancée par Elon Musk, directeur général de SpaceX. Et celui-ci est loin d’être seul, en particulier si son lanceur super-lourd obtient le succès escompté, car d’autres pionniers marcheront dans ses traces.

Plus près de notre quotidien, on peut penser aux ouvrages d’infrastructure. Un immense pont inauguré en grande pompe en 1962 n’aura duré que 50 ans et n’aura été maintenu en service jusqu’en 2019 qu’au prix de fortes dépenses et de nombreux désagréments. Son remplaçant, le nouveau pont Samuel-De Champlain, est conçu pour garantir la traversée du fleuve Saint-Laurent à Montréal pendant 125 ans. L’un des atouts majeurs du nouvel ouvrage, par rapport à l’ancien, réside dans l’utilisation systématique des aciers inoxydables au nickel (voir page 6). Si les choix de matériaux opérés pour la structure de 1962 ont coûté très cher tout au long de son cycle de vie, ils ont au moins permis d’en tirer des SPACEX

enseignements qui se reflètent dans le nouveau pont.

Et Einstein dans tout ça ? Il se trouve que les alliages au nickel jouent un rôle essentiel dans les grands équipements qui rendent possible la détection des ondes gravitationnelles (voir page 10).

Ce numéro de Nickel montre une fois de plus comment les matériaux au nickel ne cessent de contribuer au progrès des sciences, des techniques de l’ingénieur et de l’architecture. Sous différentes formes, le nickel fait partie intégrante de notre futur, sur

Vue d’artiste reflétant la densité d’un cataclysme cosmique : la coalescence de deux étoiles à neutrons. Au-delà de ce travail d’imagination, la compréhension scientifique du fonctionnement probable de l’univers continue de progresser. Cela s’illustre notamment par la détection et la mesure des ondes gravitationnelles, une percée scientifique récente qui, vous l’aurez deviné, doit beaucoup au nickel. Tout se passe aux observatoires LIGO et Virgo (voir page 10).

cette planète et au-delà.

Clare Richardson Rédactrice en chef

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03 04 06 08 10 13 14

Étude de cas 16 La tour Merdeka PNB 118 Éditorial Du neuf avec de l’ancien En bref Nouveau pont Champlain Un avenir de 125 ans Boundary Dam Cinq ans de captage et stockage du carbone Les ondes gravitationnelles Détectées avec l’aide du nickel Trains à hydrogène Du nickel à bord Toboggans Discovery Au complexe Jewel de l’Aéroport Changi

15

Nouvelles publications

15

Codes UNS

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NICKEL

Une guitare incassable Du nickel dans la fabrication additive

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Gary Coates, Rick Huza, Larry Martin, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold Conception graphique : Constructive Communications 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 Photos et graphisme : Couverture : iStockPhoto, © cemagraphics

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EYE OF SCIENCE/SCIENCE SOURCE

02

E N B R E F

SOMMAIRE

Des microbes dans l’espace L’espace est un milieu inhospitalier, un environnement anormal et stressant pour les humains. Quand ils s’y rendent, ils emportent avec eux des bactéries terrestres. Mais ce qui est anodin ou facile à gérer sur la Terre pose problème dans l’espace.

Selon Elisabeth Grohmann, professeure à l’Université de sciences appliquées Beuth de Berlin et autrice d’une nouvelle étude sur le sujet : « Tout comme les hormones de stress rendent les astronautes vulnérables aux infections, les bactéries qu’ils emportent deviennent plus robustes – en se dotant d’épaisses couches protectrices et en acquérant une résistance aux antibiotiques – et plus vigoureuses, si bien que leur multiplication et leur métabolisme s’accélèrent ».

Un revêtement exclusif composé d’argent et de ruthénium a été mis au point et testé dans la partie « sanitaires » de la Station spatiale internationale. Au bout de 12 et 19 mois, l’effectif bactérien mesuré sur ce revêtement était réduit de plus de 80 % par rapport à celui des surfaces témoins.

Le revêtement argent-ruthénium en question recouvre un substrat en acier inoxydable au nickel de nuance 304 (UNS S30400), alliage bien connu pour sa capacité à recevoir différents traitements de surface.

L’espace sera toujours un milieu hostile, mais les matériaux contenant du nickel, dans leurs rôles majeurs et secondaires, y rendent possible le maintien de la vie humaine.

UNIVERSITÉ DE PENNSYLVANIE

SPACEEX

Retour vers le futur Dans la science-fiction des années 1950, les vaisseaux-fusées étaient omniprésents. Ils prenaient alors la forme de gros cigares reluisants dotés de hublots, d’ailerons et de jambes d’atterrissage. Or, les prototypes de vaisseaux spatiaux actuels ressemblent beaucoup à leurs précurseurs imaginaires d’il y a 70 ans. Et ils sont en aciers inoxydables au nickel. SpaceX est en train de mettre au point un véhicule orbital monoétage qui sera propulsé par son lanceur super-lourd Starship (appelé BFR jusqu’à récemment). Pour toute une série de raisons techniques et économiques, Elon Musk, directeur général de SpaceX, pense que l’acier inoxydable est le meilleur choix, car ses performances dépassent largement celles des composites de carbone et

MALVIKA VERMA

d’aluminium.

Un bois métallique Il existe désormais un matériau aussi robuste que le titane de qualité aérospatiale mais plus léger que l’eau.

Bien qu’on le nomme « bois métallique », il ne contient pas la moindre trace de bois. Des chercheurs des universités de Pennsylvanie, de l’Illinois et de Cambridge ont produit une feuille de nickel à pores nanoscopiques aussi solide qu’une feuille de titane mais quatre à cinq fois plus légère. Les pores la rendent semblable au bois, en formant des poches d’air intercalées entre des milliards de minuscules éléments porteurs en nickel.

Grossi des milliers de fois, le matériau ressemble à un nid d’abeilles. Il s’agit désormais de trouver le moyen de le produire en grandes quantités. Utilisé pour réaliser des éléments de grande taille, il pourrait révolutionner les secteurs du bâtiment et de l’automobile, toujours en quête de matériaux plus légers capables de supporter des charges relativement lourdes.

Un traitement antituberculeux plus digeste Un mince fil spiralé pourrait bien apporter une grande avancée dans le traitement de la tuberculose, l’une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde. Son bacille infectant environ un quart de la population mondiale, cette maladie tue plus d’un million de personnes par an. Dans les zones rurales de pays tels que l’inde, l’Afrique du Sud ou la Chine, où son incidence est forte, il est difficile d’administrer le traitement requis, qui nécessite une prise d’antibiotiques quotidienne pendant six mois.

Un fil de nitinol (UNS N01555), un alliage élastique composé de nickel et de titane, est inséré dans la trachée du patient et change de forme lorsqu’il atteint les températures plus élevées de l’estomac. Jusqu’à 600 pilules de différents antibiotiques sont enfilées sur le dispositif, qui les libère progressivement au fil de quatre semaines. L’enroulement du fil l’empêche de progresser davantage dans le tube digestif. Le nickel contribue ici à résoudre un grand défi mondial : faire en sorte que les traitements antituberculeux soient suivis jusqu’au bout.

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LE NOUVEAU PONT CHAMPLAIN DE MONTRÉAL : PLUS DURABLE GRÂCE AUX BARRES D’ARMATURE EN ACIER INOXYDABLE Enjambant à la fois le fleuve Saint-Laurent et la voie maritime du même nom, le pont Champlain est le plus fréquenté du Canada : il est traversé chaque année par plus de 50 millions de véhicules et par environ 11 millions d’usagers des transports en commun. Ouvert pour la première fois en 1962 afin de relier Montréal et la Rive‑Sud, il rapproche les villes du Québec et des autres provinces de l’est du Canada depuis près de 58 ans. Pourtant, il sera bientôt démoli.

ARUP — INFRASTRUCTURE CANADA

Le vieil ouvrage est désormais remplacé par le nouveau pont Samuel-De Champlain, qu’Infrastructure Canada a inauguré le 1er juillet 2019. Ce pont de 3 400 m comprend une section suspendue à haubans d’environ 500 m et compte trois tabliers distincts, totalisant une largeur de 60,2 m, sur lesquels sont répartis six voies autoroutières, deux voies latérales supplémentaires réservées aux autobus, un double couloir central destiné aux transports en commun et une piste polyvalente de 3,5 m de largeur aménagée pour les piétons et les cyclistes.

Le cahier des charges donnait la possibilité de choisir entre trois nuances d’acier inoxydable : 2 304 (UNS S32304), 2 101 (S32101) et 304 (S30400). Elles offrent toutes trois une teneur en chrome et en nickel suffisante pour garantir une grande résistance à la corrosion pendant 125 ans. Pour des raisons de coût et de disponibilité lors de l’appel d’offres, c’est la nuance 2304 (à 4 % de nickel) qui a été choisie. Les armatures ont été fabriquées en Amérique du Nord.

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Le premier pont Champlain s’était gravement détérioré, surtout en raison de l’effet corrosif des sels de voirie, qui n’avait pas été suffisamment pris en compte, ainsi que de quelques défauts de conception. Son système d’évacuation des eaux, inadapté et défectueux, entraînait la formation de flaques ainsi que des écoulements sur certains éléments de structure essentiels.

Par ailleurs, ses poutres précontraintes par post-tension, qui représentaient une technique nouvelle à la fin des années 1950, s’étaient nettement dégradées. En 2013, on a annoncé que le pont devait être remplacé, et le nouveau chantier a commencé en 2015.

Les concepteurs ont été confrontés à de nombreux défis liés aux conditions ambiantes. L’environnement montréalais est extrêmement rigoureux, avec des températures hivernales descendant souvent à -25 °C. La variation des températures saisonnières peut atteindre 60 °C, entraînant ainsi des cycles gel-dégel d’une extrême rudesse. Et l’emploi de sels de voirie est indispensable pour garder le pont ouvert par grand froid.

Comme le viaduc assure une liaison essentielle pour l’économie de l’est du Canada, son maître d’ouvrage a prescrit au cahier des charges une durée de vie de 125 ans pour les chaussées et tabliers de la structure. Cette durabilité exceptionnelle a été obtenue en conjuguant conception innovante et sélection des matériaux adéquats. Le coût du cycle de vie de l’ouvrage a fait l’objet d’analyses approfondies, et celles-ci ont confirmé le bien-fondé d’employer des matériaux plus durables pour tous les éléments essentiels. En effet, ce choix apportera des économies tout au long du cycle de vie du pont en réduisant nettement les travaux de réparation et les perturbations routières résultantes.

Afin de garantir la longue durée de vie souhaitée, le maître d’ouvrage a prescrit

ARUP — INFRASTRUCTURE CANADA

CHRISTINNE MUSCHI/THE GLOBE AND MAIL

l’emploi de certains matériaux renforçant la durabilité, plutôt que de fixer seulement des critères de performance à satisfaire. Il s’agissait notamment des matériaux choisis pour les barres d’armature.

Le partenaire public du projet a estimé que la rigueur des conditions ambiantes, la longue durée de vie attendue des principaux éléments de la structure et l’importance économique de la liaison à assurer imposaient l’emploi d’une armature en acier inoxydable. Au total, 17 000 tonnes de barres d’armature en

acier inoxydable ont été utilisées dans les éléments préfabriqués ou coulés sur place constituant les tabliers du pont (sur toute sa travée) ainsi que les rampes d’accès, les culées et toutes les surfaces entourant les joints de dilatation.

Le nouveau pont Samuel-De Champlain conjugue beauté et utilité tout en répondant aux besoins de tous les modes de transport possibles. Grâce à ses éléments contenant du nickel, ce pont résistera

In fine, les armatures en acier inoxydable ajoutent de la valeur à l’ouvrage en apportant des avantages mesurables en termes d’économies de coûts dans la durée et de fluidité du réseau de transport (grâce à la prévention des embouteillages qu’engendrent les travaux d’entretien).

très durablement aux rigueurs du climat comme à l’évolution du trafic.

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CINQ ANNÉES DE CAPTAGE ET STOCKAGE DU CARBONE

SASKPOWER

Les alliages au nickel continuent de bien se comporter dans le complexe de CSC installé par SaskPower à la centrale de Boundary Dam. Dans la colonne d’absorption, l’alliage AL-6XN®, qui contient environ 24 % de nickel, résiste à la corrosivité du traitement des gaz de combustion par voie humide.

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Il existe de nombreux moyens innovants de réduire les émissions de carbone.

L’un d’eux est le procédé de captage et de stockage du carbone (CSC) utilisé à l’unité BD3 de la centrale thermique de Boundary Dam. Après cinq années de service, les aciers inoxydables comme ceux de nuance 316L (UNS S31603), ainsi que les alliages de nickel tels que l’AL-6XN® (N08367) et le 254 SMO ® (S31254), continuent de bien se comporter dans ce que beaucoup considéraient initialement comme un projet de démonstration.

Répondre aux besoins énergétiques et climatiques La grande centrale thermique à charbon de Boundary Dam est exploitée par SaskPower, une entreprise publique provinciale de la Saskatchewan (au Canada). Son unité à turbine BD3, en service depuis 1955, a été modernisée en 2014 avec l’ajout d’un équipement de captage et stockage du carbone, qui en a fait la première centrale thermique à charbon au monde à utiliser un procédé de captage post-combustion.

mondiale d’électricité. Le sous-sol de la Saskatchewan recèle plus de cinq milliards de tonnes de lignite, soit une réserve de 250 ans au rythme de consommation actuel.

Le projet initial avait une durée de vie nominale de 30 ans et visait à capter et stocker chaque année jusqu’à un million de tonnes de dioxyde de carbone provenant des gaz de combustion, tout en offrant l’avantage de prolonger la vie de la turbine de plusieurs décennies.

Avec un coût de l’ordre de 1,5 milliard de dollars canadiens et une réduction de la puissance de sortie nette de 139 MW à 115 MW, l’aspect économique de l’installation prête à controverse, alors même que la technologie et les matériaux s’avèrent robustes.

La combustion de cette ressource produit une quantité importante de dioxyde de soufre (SO2), ce qui pose un double défi pour le système de CSC : capter à la fois le SO2 et le CO2. En amont, on extrait d’abord les matières particulaires des gaz de combustion au moyen d’un précipitateur électrostatique. Les cendres volantes ainsi récupérées constituent une poudre fine qui est commercialisée et s’utilise dans le béton, dans la couche de base des chaussées, dans l’exploitation minière et pétrolière, ainsi que dans la stabilisation des déchets liquides. La teneur en oxyde d’azote (NOx) des gaz de combustion est réduite à un minimum en utilisant des brûleurs à faible émission de NOx et en limitant l’injection d’air au-dessus du foyer. Le procédé utilisé pour réduire les émissions conjugue un captage du CO2 par solvant et une extraction du SO2.

SO2 et CO2 : un double défi À ce jour, les centrales thermiques à charbon comptent encore pour environ 40 % de la production

Le SO2 est extrait des gaz de combustion, puis le CO2 est capté dans le même équipement. L’unité de CSC du BD3 de SaskPower est capable d’extraire

Il est ensuite possible de capter jusqu’à 90 % du CO2 contenu dans les gaz de combustion. Le flux de CO2 est amené à un état supercritique ou en phase dense par compression à 17,2 MPa (2 500 psi). Puis il est transporté par pipeline jusqu’aux sites de stockage géologique : un puits de pétrole d’environ 1 400 m de profondeur exploité par récupération assistée près de Weyburn (Saskatchewan), ou un aquifère salin situé à environ 3 400 m de profondeur. Afin de prouver que le stockage du CO2 en profondeur dans une couche de grès remplie de saumure constitue un moyen sûr de réduire les émissions de gaz à effet de serre, ce second site géologique fait l’objet de mesures et d’opérations de suivi et de vérification.

Les inspections régulières ont montré que les alliages au nickel utilisés dans toute l’unité sont en bon état. Les composants du système de traitement tels que réservoirs, unités de purification et de filtrage, conduites, compresseurs et échangeurs de chaleur ne présentent généralement aucun signe de piqûres ou d’autres types de corrosion. Dans la plupart des cas, le métal exposé au processus semble en aussi bon état qu’à sa mise en service initiale.

L’acier inoxydable AL-6XN®, un alliage superausténitique connu pour sa grande robustesse ainsi que pour sa résistance à la corrosion par piqûres et par crevasses dans les solutions acides, n’est qu’un exemple parmi les différents matériaux au nickel qui rendent possibles des technologies innovantes propres à réduire les émissions de carbone dans le futur.

Depuis 2014, les statistiques de rendement de la centrale de SaskPower présentent une amélioration constante, avec environ 2,6 millions de tonnes de CO2 captées et stockées à ce jour.

En 2018, le système de CSC a extrait un total de 625 996 tonnes de CO2, ce qui est nettement plus qu’en 2017.

En excluant les causes externes d’arrêt, l’unité de CSC a affiché un taux de disponibilité de 94 %.

SASKPOWER

jusqu’à 100 % du SO2 en le convertissant en acide sulfurique commercialisable, et ce à raison de 16 000 litres par jour.

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EINSTEIN AVAIT (ENCORE) RAISON : LES ONDES GRAVITATIONNELLES PRÉDITES PAR SA THÉORIE ONT ÉTÉ DÉTECTÉES, AVEC L’AIDE DES ALLIAGES AU NICKEL

LIGO/T. PYLE

En 1916, Albert Einstein a publié l’article prédisant l’existence des ondes gravitationnelles, des oscillations dans la trame de l’espace-temps qui résultent des phénomènes les plus violents de l’univers lointain, comme les explosions de supernova ou la coalescence de trous noirs. Pendant plus d’un siècle, cette prédiction a intrigué les scientifiques : si ces ondes existent, peut-on les détecter ? Si oui, cela aurait des implications profondes pour la physique fondamentale, en confirmant que la relativité générale d’Einstein constituait bien un cadre théorique viable.

Représentation de deux trous noirs sur le point de fusionner : animés chacun de sa propre rotation et entraînés par leur attraction gravitationnelle mutuelle, leurs trajectoires s’enroulent l’une dans l’autre. Détectés le 26 décembre 2015, ces trous noirs sont respectivement 14 et 8 fois plus massifs que notre soleil. La trame de l’espace-temps, représentée par le quadrillage, est déformée par les ondes gravitationnelles résultant de la fusion. De tels événements ne sont pas anodins, même à l’échelle de l’univers. Cependant, comme le démontrent les observatoires LIGO et Virgo, ils ne sont pas rares.

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L’astronomie des ondes gravitationnelles était une branche de l’astronomie observationnelle qui espérait utiliser les ondes gravitationnelles pour recueillir des données d’observation à propos des étoiles à neutrons, des trous noirs et des événements tels que les supernovæ. Mais il fallait d’abord prouver leur existence.

La quête de l’appui scientifique et politique à une telle recherche a débouché sur trois efforts coordonnés : deux aux États-Unis (LIGO) et un dans l’Union européenne (Virgo).

De la théorie à l’observation Le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est une expérience de physique à grande échelle visant à détecter les ondes gravitationnelles cosmiques et à développer leur observation en tant qu’outil astronomique. Mis en œuvre par le Caltech (California Institute of Technology) et par le MIT (Massachusetts Institute of Technology) sous l’impulsion de la National Science Foundation, ce projet repose sur deux observatoires équipés chacun d’un détecteur à interférométrie laser, qui compare le temps de parcours

de faisceaux laser émis le long de deux bras perpendiculaires de 4 000 mètres de long et réfléchis par des miroirs suspendus et isolés.

Dans sa forme initiale, de 2002 à 2010, le LIGO n’a pas détecté d’ondes gravitationnelles. En 2008, des travaux d’amélioration des détecteurs ont été entrepris et ont apporté un énorme gain de sensibilité : les deux bras de 4 000 mètres sont désormais comparés en continu avec une précision de 10 -19 mètre, soit 1/10 000e de la taille d’un proton.

L’obtention d’un tel degré de sensibilité nécessite une remarquable combinaison d’innovations techniques dans les domaines des lasers de précision, de la technologie du vide et des systèmes optiques et mécaniques de pointe.

Deux observatoires LIGO, l’un dans l’État de Washington et l’autre en Louisiane, fonctionnent en simultané de manière à exclure les perturbations d’origine terrestre.

L’UE n’est pas en reste Le projet Virgo, équivalent européen du LIGO, a d’abord été le fruit d’une initiative

COLLABORATION EGO/VIRGO / PERCIBALLI

franco-italienne fédérant les efforts du

campagnes d’observation, menées de

CNRS (Centre national de la recherche

septembre 2015 à janvier 2016 et de

scientifique) et de l’INFC (Istituto

novembre 2016 à août 2017. La troisième

Nazionale de Fisica Nucleare) et débou-

campagne d’observation, commencée

chant, en 2000, sur la création de l’EGO

en janvier 2019, a déjà donné lieu à la

(European Gravitational Observatory).

détection de 18 événements, dont la

Ces organismes ont ensuite été rejoints

nature gravitationnelle reste à confirmer.

par leurs homologues néerlandais, polo-

La physique ne saurait être plus fonda-

nais, hongrois et espagnol. L’observatoire a connu une évolution et des améliorations semblables à celles du LIGO.

mentale que cela et, une fois de plus, les alliages au nickel ont permis aux

Un technicien travaille à l’une des améliorations apportées au LIGO pour sa troisième campagne d’observation. On voit bien que l’emploi des matériaux au nickel occupe une place essentielle, grâce à leur robustesse, leur usinabilité, leur rigidité et leur stabilité thermique.

scientifiques et ingénieurs d’en repousser

Onze événements gravitationnels ont été

les limites. Et dans ce cas, vers une autre

détectés au cours des deux premières

dimension.

NICKEL, VOL. 34, Nº 2, 2019 | 11

JOHAN JARNESTAD THE ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCES

OÙ TROUVE-T-ON DU NICKEL ?

CALTECH/MIT/LIGO LAB

Des matériaux au nickel ont été utilisés dans la fabrication de nombreux composants essentiels des observatoires LIGO et Virgo, dont les installations sont similaires. Aux sites du LIGO, pour empêcher que la réfraction de l’air ne modifie le chemin optique du faisceau laser, chacun des détecteurs est enfermé dans l’un des plus grands systèmes à ultravide au monde. Chaque système comprend 8 000 m de tube à vide en acier inoxydable de nuance 304L (UNS S30403) de 1,2 m de diamètre et de 3,2 mm d’épaisseur. Les tubes à vide de chacun des deux sites contiennent au total plus de 120 tonnes « Les interféromètres fusionnent deux sources lumineuses ou plus afin de produire une figure d’interférence pouvant être mesurée et analysée. Ils servent souvent à prendre des mesures de très petite grandeur ne pouvant être obtenues d’aucune autre façon. » Source : LIGO Caltech

de nickel, auxquelles s’ajoutent les quelque 15 tonnes de cet élément contenues dans les chambres, vannes, brides et raccords à vide qui abritent et protègent les systèmes optiques situés au point de rencontre et aux extrémités des bras de l’interféromètre.

Les autres composants sont constitués d’aciers inoxydables de nuances 304 (S30400), 304L et 316 (S31600). Certains composants font de plus l’objet d’un nickelage noir mat destiné à prévenir les réflexions lumineuses parasites. Les indispensables ressorts isolants et éléments de suspension flexibles à haute résistance sont en acier à durcissement structural Maraging 300 (K93120) et sont nickelés pour résister à la corrosion pendant le traitement et l’assemblage.

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DU NICKEL À BORD EN BASSE-SAXE, LES TRAINS À HYDROGÈNE D’ALSTOM ASSURENT UN SERVICE VOYAGEURS SANS ÉMISSION DE CO2 Le Coradia iLint, un train à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène et construit par Alstom Transport, a assuré son premier service régulier le 16 septembre 2018 au départ de la ville allemande de Bremervörde, en Basse-Saxe.

Il s’agit du premier train de voyageurs au monde à être propulsé par une pile à combustible à hydrogène, qui produit l’énergie électrique assurant la traction en combinant de l’hydrogène comprimé avec l’oxygène de l’air. Ce train est silencieux pour l’Allemagne et l’Autriche, le décrit

nage et le surplus d’énergie produit par

en ces termes : « Notre technologie est

la pile à combustible sont stockés dans

prête à l’emploi. Elle offre dès aujourd’hui

des batteries lithium-ion de type NMC

une option écologique pour les lignes

(nickel-manganèse-cobalt). Ce surplus

non électrifiées ou partiellement électri-

peut servir au fonctionnement normal

fiées, et ce en améliorant le confort des

du train et apporte un supplément de

voyageurs grâce à des trains nettement

puissance lors des phases d’accélération.

plus silencieux que les rames à motrices

Ce train offre 150 places assises et

diesel traditionnelles. »

150 places debout. Sa vitesse maximum

Les caisses des rames sont en acier

est de 140 km/h et son autonomie de

inoxydable au nickel de nuance 410L

600 à 800 km sur un plein d’hydrogène

(UNS S40977), un alliage ultrarobuste,

avec l’assistance de la batterie NMC.

résistant à la corrosion et plus durable

Jörg Nikutta, directeur général d’Alstom

que l’acier au carbone ordinaire.

Deux motrices Coradia iLint remplacent les locomotives diesel sur la liaison de 100 km entre Cuxhaven et Buxtehude, et 14 autres trains à hydrogène doivent être mis en service dans l’ensemble de la Basse-Saxe d’ici 2021.

HYDROGÈNE

L’énergie cinétique récupérée lors du freinage et le surplus d’énergie produit par la pile à combustible sont stockés dans des batteries lithium-ion de type NMC, qui contiennent du nickel.

L’hydrogène alimentant la pile à combustible est stocké sous forme gazeuse dans des réservoirs situés sur le toit des voitures.

ALSTOM

PILE À COMBUSTIBLE

NICKEL, VOL. 34, Nº 2, 2019 | 13

ALSTOM

L’énergie cinétique récupérée lors du frei-

CORADIA ILINT

et n’émet que de la vapeur d’eau.

LES EXTRAORDINAIRES DISCOVERY SLIDES DU COMPLEXE JEWEL, À L’AÉROPORT CHANGI DE SINGAPOUR Comment rendre un aéroport plus accueillant ? En créant une attraction tout à fait inédite : la première sculpture d’art public au monde à intégrer des toboggans.

S’inscrivant dans la stratégie de l’aéroport, qui vise à offrir une expérience extraordinaire aux visiteurs, les Discovery Slides font partie d’une destination multidimensionnelle reflétant l’air du temps, où la nature rejoint la technique sous un splendide dôme de verre et d’acier.

L’ouvrage a été conçu et réalisé en l’espace de deux ans, et ses éléments ont été fabriqués dans trois régions différentes du monde avant d’être assemblés au complexe Jewel par Playpoint.

La nouvelle sculpture récréative remporte déjà un vif succès, y compris sur les médias sociaux, et devient vite une excellente raison de réserver un vol pour Changi. Et gageons que le nickel fera de nouveau partie du voyage à mesure que d’autres aéroports décident d’offrir de telles expériences de haut vol.

NICKEL

LIGNE

COMPLEXE JEWEL DE L’AÉROPORT CHANGI

La structure intègre une surface en acier à double courbure, des éléments en verre incurvé et des éclairages à fibre optique. Des plaques d’acier inoxydable de nuance 316 (UNS S31600) ont été soudées, martelées, puis polies miroir de manière à obtenir le fini métallique brillant parfaitement lisse et continu qui enveloppe les trois cônes supportant la grande plateforme d’accès. Conçue par le cabinet Carve, cette sculpture pèse un total de 70 tonnes, dont 50 tonnes d’acier inoxydable couvrant une surface de plus de 311 m2.

L’ensemble occupe une surface de 18 m par 16,7 m et culmine à 6,5 m.

EN

Dans le Canopy Park, situé à l’étage supérieur du nouveau complexe de l’aéroport Changi de Singapour, quatre toboggans de différentes hauteurs et inclinaisons offrent une merveilleuse palette d’expériences : un grand toboggan familial à pente douce, un toboggan à forte pente et deux toboggans en spirale à verrière.

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

ABONNEZ-VOUS pour recevoir gratuitement un exemplaire imprimé de la revue Nickel en anglais ou un avis par courriel dès la parution d’un nouveau numéro. www.nickelinstitute.org

Nouveau fleuron de l’aéroport Changi de Singapour, le centre récréatif et commercial Jewel s’articule autour du thème de la nature. Son Canopy Park, situé au dixième étage, associe jardins et équipements de loisirs.

LISEZ la revue Nickel (disponible en ligne en plusieurs langues). www.nickelinstitute.org/library/ CONSULTEZ LES ANCIENS NUMÉROS de la revue Nickel dans nos archives en ligne, qui remontent jusqu’à juillet 2009. www.nickelinstitute.org/library/ SUIVEZ-NOUS sur Twitter : @NickelInstitute JOIGNEZ-VOUS À NOUS sur LinkedIn, en visitant la page du Nickel Institute.

CARVE

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14 | NICKEL, VOL. 34, Nº NO.2,2,2019 2019

NOUVELLES PUBLICATIONS Le Nickel Institute a publié deux nouveaux guides techniques, conçus pour faciliter l’utilisation efficace des matériaux au nickel.

Le guide de sélection des alliages utilisés au contact de l’acide sulfurique, disponible en anglais sous le titre Alloy selection for service in sulphuric acid (10 057), présente l’effet corrosif de ce composé à toutes les concentrations et l’influence des contaminants sur sa corrosivité pour un éventail de matériaux, notamment les aciers inoxydables ou non, les alliages de nickel, le plomb, le titane, le zirconium et le tantale, et ce dans différentes conditions. Il aborde aussi brièvement la fabrication de l’acide sulfurique à partir de trois matières premières possibles.

de l’acide fluorhydrique et du fluor, disponible en anglais sous le titre Alloy selection for service in hydrogen fluoride, hydrofluoric acid and fluorine (10 074), présente l’effet corrosif de ces produits chimiques sur un éventail de matériaux, notamment les aciers inoxydables ou non, les alliages de nickel, les alliages de cuivre, le titane, le zirconium et le tantale, et ce dans différentes conditions.

Le guide de sélection des alliages utilisés au contact du fluorure d’hydrogène,

À télécharger gratuitement sur www.nickelinstitute.org.

Ces publications techniques entièrement révisées seront utiles aux ingénieurs en génie des matériaux.

CODES UNS UNS

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

Al

C

Co

Cr

Cu

Fe

H

Mn

Mo

N

Nb

Ni

O

P

S

Si

Ti

K93120 p. 12

0,05 à 0,15

0,03 max.

8,0 à 9,5

-

-

restant

-

0,10 max.

4,6 à 5,2

-

-

18,0 à 19,0

-

0,010 max.

0,010 max.

0,10 max.

0,55 à 0,80

N01555 p. 5

-

0,07 max.

0,05 max.

0,01 max.

0,01 max.

0,05 max.

0,005 max.

-

-

-

0,025 max.

54,0 à 57,0

0,05 max

-

-

-

restant

N08367 p. 8

-

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.

-

S30400 p. 2,4,6,12

-

0,08 max.

-

18,0 à 20,0

-

restant

-

2,00 max.

-

0,10 max.

-

8,0 à 10,5

-

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S30403 p. 12

-

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.

1,00 max.

-

S31254 p. 8

-

0,020 max.

-

19,5 à 20,5

0,50 à 1,00

restant

-

1,00 max.

6,0 à 6,5

0,18 à 0,22

-

17,5 à 18,5

-

0,030 max.

0,010 max.

0,80 max.

-

S31600 p. 12,14

-

0,08 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.

1,00 max.

-

S31603 p. 8

-

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.

1,00 max.

-

S32101 p. 6

-

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 1,70

-

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S32304 p. 6

-

0,03 max.

-

21,5 à 24,5

0,05 à 0,60

restant

-

2,50 max.

0,05 à 0,60

0,05 à 0,20

-

3,0 à 5,5

-

0,040 max.

0,040 max.

1,00 max.

-

S33207 p. 16

-

0,030 max.

-

29,0 à 33,0

1,0 max.

restant

-

1,50 max.

3,0 à 5,0

0,40 à 0,60

-

6,0 à 9,0

-

0,035 max.

0,010 max.

0,80 max.

-

S40977 p. 13

-

0,030 max.

-

10,5 à 12,5

-

restant

-

1,50 max.

-

0,030 max.

-

0,30 à 1,00

-

0,040 max.

0,015 max.

1,00 max.

-

NICKEL, VOL. 34, Nº 2, 2019 | 15

UN SUCCÈS FRACASSANT !

COPYRIGHT © SANDVIK AB; (PUBL)

L’un des dix premiers virtuoses de la guitare électrique au palmarès du magazine Time, le musicien de heavy metal suédois Yngwie Malmsteen, a fracassé plus de 100 guitares au cours de sa carrière. La société Sandvik, qui produit notamment des poudres métalliques destinées à la fabrication additive, a décidé de lui lancer un défi en créant, par impression 3D, la première guitare indestructible tout en métal au monde.

La robustesse de l’acier hyperduplex dépasse de 30 % celle de l’acier inoxydable le plus robuste utilisé jusqu’ici par Sandvik. Il a servi à supporter la touche et à la fixer au corps de la guitare en utilisant une structure légère isotrope.

16 NICKEL, | NICKEL, 2, 2019 VOL.VOL. 34,34, Nº NO. 2, 2019

« La technologie des matériaux, l’usinage de précision, la fabrication additive et la production orientée données : voilà les types de procédés à employer pour créer quelque chose d’aussi compliqué et d’aussi beau qu’une guitare destinée à un maître musicien », explique Kristian Egeberg, président de l’unité fabrication additive de Sandvik. « Mais nous voulions aussi montrer que nous pouvons la rendre incassable. » L’équipe de Sandvik a sélectionné le titane et l’acier inoxydable austénoferritique « hyperduplex » SAF 3207 HD™ (UNS S33207), qui contient environ 7 % de nickel. Personne n’avait encore imprimé de corps de guitare à partir de ces matériaux. Le facteur de guitares Andy Holt, de l’entreprise britannique

Drewman Guitars, partenaire de Sandvik pour ce projet, n’imaginait pas que cela soit même faisable.

Le corps a été créé par fusion sur lit de poudre par laser, un procédé de fabrication additive idéal pour imprimer les composants métalliques comportant des formes géométriques extrêmement complexes. Chaque couche avait une épaisseur de 50 microns (plus fine qu’un cheveu humain).

Il ne restait plus qu’à laisser Yngwie Malmsteen monter sur scène et se déchaîner sur la guitare avec le fracassant savoir-faire qu’on lui connaît.

Selon ses propres mots, « il est impossible de la casser, mais elle casse bien d’autres choses ».