NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021

MAGAZINE

NICKEL

L A REVUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL ET DE SES APPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021

Le nickel dans les solutions aux problèmes d’eau Réseaux secondaires : distribuer l’eau jusqu’en haut des tours

Réutilisation des eaux usées : surmonter le « facteur beurk »

Un nouveau procédé pour produire de l’hydrogène vert

DAVE BURK/NATIONAL MUSEUM OF THE UNITED STATES ARMY/SKIDMORE, OWINGS AND MERRILL

ÉTUDE DE CAS 21 : MUSÉE NATIONAL DES FORCES TERRESTRES DES ÉTATS-UNIS Conçu par le cabinet d’architecture international SOM et bardé de panneaux d’acier inoxydable austénitique réfléchissant le milieu environnant, le nouveau musée national des forces terrestres des États-Unis (National Museum of the United States Army) a été inauguré en novembre 2020. Ses lignes simples et élégantes et ses grandes surfaces ininterrompues en acier inoxydable poli produisent une monumentale impression de solidité et de précision.

U.S. Green Building Council : Certification LEED argent DISTINCTIONS American Institute of Architects New York (AIANY) – Design Awards 2021 : Prix du mérite Metal Architecture Magazine – Design Awards 2020 : Catégorie panneaux muraux métalliques polis

NICKEL, VOL. VOL. 36, 36, Nº Nº 1.

1. 2021 2021 22 || NICKEL,

Vitrine symbolique de la plus ancienne composante des forces armées américaines, l’immeuble reflète les valeurs fondamentales de discipline, de modestie et de rigueur qui font partie intégrante de la vie militaire. Les panneaux d’acier inoxydable conserveront indéfectiblement leur aspect tout en reflétant le renouvellement incessant de la lumière et de la forêt environnante à Fort Belvoir, en périphérie de Washington.

Cette apparence robuste repose sur l’emploi de panneaux composites parementés de 238 tonnes de tôles d’acier inoxydable 316L (UNS S31603) de

3 mm d’épaisseur dont la surface polie présente un fini linéaire fin et uniforme de grande précision, afin de créer l’effet spectaculaire d’une façade réfléchissant en douceur la lumière environnante.

Le choix de matériaux à forte teneur en matières recyclées et la longévité de l’acier inoxydable comptent parmi les critères techniques qui ont permis au musée d’obtenir la certification LEED argent de l’U.S. Green Building Council.

Depuis son inauguration toute récente, l’immeuble a fait l’objet d’une attention internationale et a vite obtenu de nombreuses distinctions.

ÉDITORIAL DES SOLUTIONS AUX PROBLÈMES D’EAU L’accès universel et équitable à une eau potable saine et abordable d’ici 2030 constitue le sixième Objectif de développement durable des Nations Unies. Pourtant, selon un rapport récent d’ONU-Eau1, la croissance urbaine fait que trop de gens continuent de manquer d’eau. Selon les estimations actuelles, la population urbaine sans accès à quadrupler les efforts et investissements à l’échelle mondiale.

En Chine, les citadins représentent Degré d’urbanisation de la Chine de 1980 à 2019 Part de la population urbaine

BUREAU NATIONAL DES STATISTIQUES DE CHINE © STATISTA, 2021

l’eau propre aurait augmenté de 50 % depuis 2000. Pour réaliser l’ODD 6, il faudrait

70 %

désormais plus de 60 % de la population, contre à peine 36 % en 2000. Et selon

60 % 50 %

les prévisions actuelles, la population

40 %

urbaine chinoise devrait encore s’étoffer de

30 %

225 millions de personnes d’ici à 20502.

20 % 10 %

Si l’approvisionnement en eau d’une 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

population urbaine en pleine croissance est déjà un immense défi, la tâche est encore

alourdie par le besoin de rénover les réseaux vieillissants hérités des cycles d’urbanisation précédents. De plus, la nécessité d’éliminer les fuites, de réduire le gaspillage et d’améliorer la qualité de l’eau impose d’être très attentif à la durabilité des matériaux.

Les nouvelles populations urbaines sont souvent logées dans de grandes tours d’habitation, où la distribution d’eau aux étages supérieurs est assurée par des réseaux secondaires. Le présent numéro de Nickel se penche notamment sur la manière dont la Chine fait appel aux aciers inoxydables au nickel pour résoudre le double problème de l’élimination des pertes d’eau et de la distribution d’eau potable jusqu’en haut des tours.

En Chine comme ailleurs, le nickel joue un rôle clé non seulement dans les matériaux servant à garantir un approvisionnement durable en eau potable, mais aussi dans des

L’adoption de pratiques et procédés innovants dans le traitement et la distribution de l’eau jouera un rôle important dans la réalisation de l’ODD 6. Une solution pérenne et économiquement viable passe par la mise en place de réseaux étanches, résilients et durables utilisant des matériaux au nickel, comme ceux qui s’installent aujourd’hui en Chine.

procédés contribuant à la transition vers une économie à faible émission de carbone, tels que l’électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergie renouvelables, qui produit de l’hydrogène vert pour alimenter des moteurs n’émettant rien que de l’eau. Que l’eau

1

serve à la consommation humaine, à la production d’énergie ou à la navigation, son usage est aujourd’hui étroitement lié à l’emploi du nickel.

2

Clare Richardson Rédactrice en chef

ONU-Eau (2020). Summary Progress Update 2021: SDG 6 — water and sanitation for all. Genève, 1er mars 2021. https://www.un.org/development/desa/ en/news/population/2018-revision-ofworld-urbanization-prospects.html

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03 04 06 07 10 12 13 14 15 15 16

Étude de cas 21 Musée des forces terrestres Éditorial Solutions aux problèmes d’eau

NICKEL

En bref Réutilisation des eaux usées Surmonter le « facteur beurk » Distribution d’eau en Chine L’acier inoxydable pour la durabilité Hydrogène vert Un procédé pour reverdir l’avenir Alliages de nickel Fontes Ni-Hard Activités de formation Pour partager le savoir

Supporter la chaleur martienne

Avis d’experts Le pouvoir corrosif des chlorures Nouvelles publications Codes UNS Ouvriers de la construction navale Nouvelle sculpture à Port Glasgow

NASA/JPL-CALTECH

02

E N B R E F

SOMMAIRE

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Parul Chhabra, Gary Coates, Catherine Houska, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Ken Rudisuela, Philip Song, Odette Ziezold Conception : 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 Couverture : iStock©chinaface Photos de banques d’images : iStock©Chunyip Wong (page 3), iStock©abadonian (page 6), iStock©chinaface (page 8), iStock©jxfzsy (page 9), iStock©Petmal (page 10), iStock©audioundwerbung (page 11)

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L’astromobile Perseverance de la NASA, qui vient de se poser sur Mars, comporte 11 pièces métalliques imprimées en 3D. Six d’entre elles sont des plaques en alliage de nickel grandes comme la paume de la main : il s’agit d’échangeurs de chaleur conçus pour protéger des hautes températures les éléments essentiels d’un instrument appelé MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment). Celui-ci sert à tester un procédé destiné à produire les quantités industrielles d’oxygène devant servir de comburant dans le propergol nécessaire au retour vers la Terre de futures missions habitées. Pour produire de l’oxygène, MOXIE commence par chauffer des gaz atmosphériques martiens à près de 800 °C. Alors qu’un échangeur de chaleur produit par usinage est nécessairement constitué de deux pièces soudées l’une à l’autre, le procédé de fabrication additive utilisé a permis de l’imprimer en 3D d’une seule pièce, de manière à obtenir un élément plus léger et plus robuste. Chaque plaque a ensuite été traitée dans une presse isostatique à chaud, qui la chauffe à plus de 1 000 °C tout en appliquant sur toutes ses surfaces une pression de gaz intense et uniforme.

Pour finir, les ingénieurs inspectent les plaques et les soumettent à des essais mécaniques rigoureux afin de s’assurer que leurs microstructures répondent aux conditions requises pour les vols spatiaux.

COBRAGOLF.COM

Des clubs de champion Le moulage par injection de poudre métallique est le dernier cri en matière de clubs de golf. Soucieux d’améliorer la précision du produit final, le fabricant Cobra utilise ce procédé pour remplacer les fers forgés ou moulés. Chaque tête de fer est fabriquée à partir d’un mélange de poudre d’acier inoxydable de nuance 304 (UNS S30400) chauffé à très haute température (1340°C contre 1200°C pour les clubs forgés) avant d’être injecté dans un moule, afin de réduire le nombre d’étapes et d’obtenir ainsi des résultats plus uniformes. Selon Cobra, la différence réside dans la création d’une microstructure plus résistante qui procure la superbe souplesse de ressenti dont rêvent les joueurs de tous niveaux pour améliorer leur jeu. D’abord utilisé pour les wedges, le nouveau matériau est désormais disponible dans toute la gamme des fers. Ainsi, tous les joueurs peuvent montrer de quel métal ils sont faits.

Un piège à CO2 ensoleillé

Moins de sel Le dessalement des eaux hypersalines, qui contiennent jusqu’à dix fois plus de sel que l’eau de mer, est devenu un important défi mondial pour les pays manquant d’eau douce et pour les industries cherchant à fermer la boucle des effluents. Le département de science des matériaux et de nanoingénierie de l’université américaine Rice a mis au point un procédé de dessalement innovant, efficace et rentable en appliquant une nanocouche protectrice en nitrure de bore hexagonal sur un treillis d’acier inoxydable au nickel de nuance 316 (UNS S31600) de 25 µm de diamètre déjà commercialisé. Pulickel Ajayan et Jun Lou, chercheurs en science des matériaux à l’université Rice, Entrée H2O Sortie saumure

Parallèlement à l’objectif primordial de réduire les émissions de CO2, des chercheurs étudient des moyens innovants et efficaces de produire du méthane

H2 O

de synthèse (CH4) à partir de CO2 et d’hydrogène. Ce procédé a l’avantage Mateo, postdoctorant à l’université des sciences et technologies du roi Abdallah, en Arabie saoudite, présente la technique récemment mise au point : « Notre procédé repose sur la conjugaison synergique de la lumière et de la chaleur, appelée effet photothermique. Alors que d’autres procédés industriels nécessitent des sources de chaleur externes pour atteindre des températures allant jusqu’à 500 °C, notre recherche démontre que la réaction peut s’obtenir en utilisant seulement l’effet photothermique obtenu à partir de la lumière du jour et d’un catalyseur réalisé par dépôt de nanoparticules de nickel sur une couche de titanate de baryum. Il capte la lumière d’une manière qui catapulte des électrons à des niveaux d’énergie élevés et ces électrons, appelés “électrons chauds”, amorcent alors la réaction chimique captant le CO2 pour produire du méthane. Il s’agit d’un moyen durable et

UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU ROI ABDALLAH

très prometteur de convertir les gaz à effet de serre en combustible utile. »

Électrodes

Entrée eau salée

avaient auparavant réussi à déposer cette nanocouche protectrice sur des surfaces métalliques incurvées, un pas essentiel pour le dessalement de l’eau chaude hypersaline, qui tire parti de la moindre brèche pour ronger le fin treillis métallique. Fondé sur la recherche de pointe du centre ATOMIC (Atomically Thin Multifunctional Coatings), le seul organe de la Fondation nationale des sciences des États-Unis (NSF) se consacrant à la mise au point de revêtements 2D évolués, cet élément chauffant résilient destiné à dessaler de grands volumes de saumure hautement corrosive ouvre la voie à des solutions décentralisées et bien adaptées à leur objet.

NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021 | 5

KUICHANG ZUO/UNIVERSITÉ RICE

d’inverser les émissions de CO2 résultant de la combustion du méthane. Diego

RÉUTILISATION DE L’EAU SURMONTER LE « FACTEUR BEURK »

VILLAGEBREWERY.COM

Boiriez-vous l’eau sortant d’une station d’épuration des eaux usées ? Cette eau est habituellement déversée dans un cours ou une étendue d’eau, voire dans le sous-sol.

Elle peut ensuite être captée à un autre endroit pour être de nouveau transformée en eau potable, c’est-à-dire propre à la consommation humaine. Reste à savoir si les usagers parviendront à surmonter le « facteur beurk » ? Ce terme, inventé par le bioéthicien Arthur Caplan alors qu’il enseignait à l’université de Pennsylvanie, désigne l’effet des réflexes instinctifs face à certaines technologies nouvelles, comme la réaction de la plupart des gens à l’idée de boire de l’eau recyclée. Pourtant, le recyclage des eaux usées s’impose parfois pour des raisons évidentes, comme dans le cas de la Station spatiale internationale.

Le programme Advancing Canadian Water Assets (ACWA) de l’université de Calgary s’est associé à la brasserie Village Brewery et à l’entreprise américaine de gestion de l’eau Xylem pour produire une bière avec de l’eau recyclée, afin de montrer comment le retraitement des eaux usées peut aider à résoudre les pénuries d’eau. « Il y a l’obstacle mental du dégoût instinctif à surmonter, explique Jeremy McLaughlin, maître brasseur chez Village Brewery, mais nous savons que cette eau est tout à fait salubre et nous restons fidèles à notre procédé ».

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La réutilisation des eaux usées venant juste d’être retraitées est envisagée non seulement dans les régions déjà sujettes aux sécheresses et pénuries d’eau, mais aussi comme un nouveau moyen de disposer de sources d’eau durables pour la croissance à venir.

Dans certains immeubles modernes, les eaux courantes usées font l’objet d’une épuration sommaire avant d’être réutilisées à des fins sanitaires, surtout dans les chasses d’eau. Mais à cause des pathogènes et autres contaminants, elles sont rarement réutilisées comme eau potable, car cela nécessiterait un traitement plus poussé. Les techniques permettant d’obtenir la qualité requise comprennent l’ultrafiltration, l’osmose inverse, l’ozonation, le traitement par ultraviolet ou l’emploi de produits chimiques désinfectants usuels, et elles

nécessitent toutes la résilience des aciers inoxydables au nickel. Les nuances 304L (UNS S30403) et 316L (S31603) sont les plus utilisées, mais les équipements d’osmose inverse font souvent appel aux alliages duplex.

La réutilisation des eaux usées ne présente pas d’obstacle technique, mais comment surmonter le « facteur beurk » ?

Contre toute attente, certaines microbrasseries prêtent main-forte en faisant la promotion de cuvées spéciales brassées avec de l’eau recyclée. Produites en Suède, en Allemagne, aux États-Unis, au Canada et dans d’autres pays, ces cuvées ont vite été écoulées. La réutilisation de l’eau n’en est qu’à ses balbutiements, mais elle se développe presque partout dans le monde. Alors levons nos verres à son succès.

NOUVEAUX RÉSEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU CHINOIS L’ACIER INOXYDABLE AU SERVICE DE SOLUTIONS DURABLES Les fuites dans les réseaux de distribution d’eau (autrement dit l’eau non facturée) constituent depuis toujours un grave problème pour les services des eaux du monde entier. La salubrité de l’eau potable est également un enjeu essentiel, en particulier dans les pays en développement ou disposant d’infrastructures séculaires.

De surcroît, la croissance rapide de l’urbanisation et la multiplication des tours d’habitation posent de nouveaux défis techniques pour les réseaux de distribution secondaires, qui doivent être conçus pour amener l’eau potable jusqu’aux étages les plus élevés.

En Chine, la tuyauterie est le plus souvent en plastique (polyéthylène, copolymère aléatoire de polypropylène) ou en acier galvanisé et en fonte ductile. Les réseaux établis de longue date souffrent au premier chef des fuites et de la contamination de l’eau, qui résultent du vieillissement ou de la corrosion d’éléments de tuyauterie composés au départ de matériaux inadéquats.

En Chine, la réduction des fuites et l’élimination des risques sanitaires engendrés par une eau potable de mauvaise qualité sont devenues des impératifs prioritaires.

Par conséquent, les pouvoirs publics et les régies des eaux se tournent de plus en plus vers la solution technique offerte par les tuyaux et raccords en acier inoxydable.

La qualité en plus, les fuites en moins Les tuyauteries en acier inoxydable au nickel s’emploient avec succès dans de nombreux réseaux de distribution d’eau potable de par le monde. Elles ont démontré leur grande efficacité à résoudre les problèmes de fuites et de salubrité de l’eau.

Depuis 2011, le Gouvernement central de la Chine établit d’ambitieux objectifs de

préservation de la qualité de l’eau dans le cadre de ses plans quinquennaux. Le but est d’apporter des améliorations considérables à la distribution de l’eau, de la source au robinet, et un budget de près de 700 milliards de yuans (112 milliards de dollars américains) a été affecté à la modernisation des stations de traitement et des réseaux de canalisations. Les fonds ont été répartis entre une multiplicité de ministères et organismes publics, notamment le Conseil des affaires de l’État, la Commission nationale de développement et de réforme, le ministère des Ressources hydriques, le ministère de l’Écologie et de l’Environnement, le ministère du Logement et du Développement urbain et rural et le ministère de la Santé.

Le matériau le plus prometteur Au fil des dernières décennies, l’essor économique de la Chine a favorisé une croissance rapide de l’emploi des aciers inoxydables dans les réseaux de distribution d’eau. Depuis cinq ans, cette croissance est tirée par des investissements colossaux et par d’importantes dispositions politiques et réglementaires de la part de différents échelons d’administration publique. La plus grande sensibilisation des esprits envers les énormes avantages offerts par l’emploi de

La ville de Tokyo a ouvert la voie en utilisant avec succès des tuyaux d’acier inoxydable à segments ondulés dans les réseaux de distribution d’eau. Depuis les années 1980, la régie des eaux de Tokyo remplace les conduites vieillissantes de ses réseaux de distribution par des tuyauteries en acier inoxydable, afin de fournir une eau de grande qualité tout en réduisant considérablement les fuites.

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l’acier inoxydable dans les canalisations

qu’un triplement du nombre de fabricants.

d’eau joue aussi un rôle déterminant.

Quelques gros producteurs chinois de

Désormais, l’acier inoxydable s’utilise

tuyauterie en acier accompagnent aussi

largement dans les réalisations de

© ZHENGTONG

grande envergure, depuis les conduites

La rénovation des réseaux de distribution d’eau secondaires s’inscrit dans un plan national à très fort potentiel pour lequel la Chine s’est engagée à investir massivement.

nouvelles gammes de produits en acier

et éléments de plomberie jusqu’aux

inoxydable à leurs catalogues.

équipements de distribution secondaire

Rien de surprenant à cela, vu les

et à la rénovation de bout en bout des

quantités d’éléments de tuyauterie et

grands réseaux d’approvisionnement. Il

de robinetterie en acier inoxydable à

est désormais bien admis qu’il s’agit du

produire pour rénover les canalisations

matériau le plus prometteur pour la mise

secondaires des immeubles d’habitation

en place des réseaux de distribution

anciens et pour installer celles des nou-

modernes, et son usage se généralise

velles constructions. Un ensemble type

dans la fabrication des éléments de

de 1 000 logements devrait nécessiter

tuyauterie. Le marché correspondant est

environ 10 000 à 15 000 m de tuyaux en

en plein essor et présente un potentiel

alliage 304 (UNS S30400) de diamètres

considérable.

allant de 15 à 160 mm, ainsi que divers

Des normes renforcées

éléments de robinetterie, pour un poids

Le rôle croissant des aciers inoxydables

total atteignant 20 à 25 tonnes d’acier

est également conforté par la norme

inoxydable. En ajoutant à cela d’autres

nationale de qualité de l’eau potable

éléments tels que vannes et réservoirs, la

(GB 5749-2006) instaurée en 2007, qui

rénovation des canalisations secondaires

concorde avec la plupart des normes

qui va s’imposer pour 200 millions de

internationales. Le gouvernement chinois

logements anciens pourrait faire appel

s’attend à ce que, à terme, toutes les villes

à un total de 4 à 5 millions de tonnes

du pays se conforment à la nouvelle

d’acier inoxydable.

norme nationale. La réalisation de cet objectif nécessite des efforts soutenus et les tuyauteries en acier inoxydable y contribueront immensément.

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cette transformation en ajoutant de

Les immenses chantiers de distribution d’eau engagés partout dans le pays ont un objectif majeur à long terme : distribuer une eau potable de qualité supérieure à

Au cours des cinq dernières années, le

tous les ensembles résidentiels de Chine,

secteur chinois des conduites en acier

et ce au moyen du matériau le mieux

inoxydable a enregistré une croissance

adapté et le plus durable, à savoir l’acier

considérable des investissements, ainsi

inoxydable.

De l’eau jusqu’au dernier étage À Hangzhou, capitale de la province du Zhejiang, la rénovation d’une centaine de réseaux de distribution d’eau au moyen d’éléments en acier inoxydable allait bon train en 2020. Ce chantier colossal concerne 55 000 logements abritant plus de 210 000 résidents dont l’eau courante devenait trouble.

Il fallait d’abord reconstruire les

distribution (également en acier inoxy-

équipements du réseau de distribu-

dable) amenant l’eau jusqu’aux étages

tion secondaire, qui sont essentiels

supérieurs.

supérieurs des tours. Cela s’est fait au moyen de tuyaux, réservoirs, vannes et pompes en aciers inoxydables au

La rénovation ainsi achevée donne d’excellents résultats. La pression de l’eau est plus stable que jamais, son assainissement est garanti et l’ensemble du réseau

et 316 (S31600). Les réservoirs ont été

de distribution est beaucoup plus facile

installés dans les stations de distribution

à nettoyer, à entretenir et à désinfecter.

secondaires et raccordés par les tuyaux

Le nombre de défaillances des tuyaux et

aux pompes et vannes qui alimentent

appareils de robinetterie et de réparations

à leur tour un réseau de conduites de

résultantes en est infiniment réduit.

© ZHENGTONG

nickel de nuances 304 (UNS S30400)

© ZHENGTONG

pour amener l’eau jusqu’aux étages

Le contrat pour la fourniture d’un large éventail d’éléments de tuyauterie en acier inoxydable a été remporté par un fabricant local (Zhejiang Zhengtong Pipe Industry Co.).

Le président de l’entreprise, S. X. Yang, est très fier de ce succès : « Je suis ravi des perspectives ainsi ouvertes et j’ai l’ambition de continuer à investir dans ce marché naissant ».

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ÉNERGIE VERTE ET PROPRE UN NOUVEAU PROCÉDÉ POUR PRODUIRE DE L’HYDROGÈNE VERT

Partout dans le monde, différents pays mènent des actions énergiques pour encourager la production et l’utilisation d’hydrogène vert. Selon certaines prévisions, deux moyens techniques reposant sur le nickel, à savoir les électrolyseurs servant à produire de l’hydrogène et les piles à combustible utilisant celui-ci pour alimenter les véhicules, devraient voir leur marché progresser de deux ordres de grandeur au cours des dix prochaines années.

La consommation d’hydrogène vert progresse pour répondre aux besoins énergétiques des transports, de l’industrie et des immeubles résidentiels et commerciaux.

Le moteur du changement Pour satisfaire les objectifs de décarbonation fixés par l’Accord de Paris et l’aspiration des différents pays à la neutralité carbone, il faut remplacer les combustibles fossiles par des solutions neutres en carbone.

L’hydrogène pourrait bien être le combustible de remplacement par excellence.

La combustion de ce gaz produit de l’énergie sans dégager de CO2 et en émettant seulement de la vapeur d’eau.

Par conséquent, son adoption réduirait considérablement les émissions de gaz à effet de serre.

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Le rôle de l’électrolyse Le moyen le plus efficace de produire de l’hydrogène est l’électrolyse de l’eau, qui consiste à décomposer les molécules d’eau au moyen d’un champ électrique faisant migrer l’hydrogène vers la cathode (−) et l’oxygène vers l’anode (+) et à recueillir chacun des deux gaz à la borne correspondante. Quand l’hydrogène est produit par une électrolyse alimentée par des sources d’énergie renouvelables, celle-ci ne produit pas non plus de CO2. Cet hydrogène est appelé « hydrogène vert ».

Les électrolyseurs alcalins sont les plus courants en production industrielle, car

ils ont fait leurs preuves et offrent un bon rendement. Leur cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un électrolyte liquide, à savoir une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium à 30 %, et le rendement du procédé repose sur une réaction catalytique intermédiaire à chacune des deux électrodes.

C’est là que le nickel intervient de manière déterminante. Sa présence à la surface de l’électrode sert à optimiser le coût, la durabilité et l’efficacité du procédé. Un électrolyseur alcalin intègre environ 2 kg de nickel pur par kilowatt de puissance convertie.

Le futur des piles à combustible Les piles à combustible sont des générateurs d’énergie électrochimique (qui convertissent de l’énergie chimique en énergie électrique). Et lorsque le combustible utilisé est de l’hydrogène, ils émettent seulement de la vapeur d’eau.

L’avènement futur de la neutralité carbone passe par la banalisation des véhicules électriques de tous types et de toutes tailles. La plupart des voitures particulières utiliseront des batteries lithium-ion, mais les véhicules lourds tels que camions, autobus et bateaux utiliseront probablement des piles à combustible.

Les types de piles à combustible Comme les électrolyseurs, les piles à combustible comprennent deux électrodes séparées par un électrolyte. Les différents types de piles à combustible se distinguent par le type d’électrolyte utilisé.

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont de loin les plus courantes dans les véhicules tels que voitures, camions, autobus et chariots élévateurs en raison de leurs dimensions modulables, de leur puissance massique avantageuse et de leur rapidité de démarrage.

Les piles à combustible de ce type intègrent une membrane électrolyte polymère solide qui fait réagir l’hydrogène stocké avec l’oxygène de l’air pour

produire de l’énergie électrique en offrant des densités de puissance supérieures à celles des autres piles à combustible, et ce à des pressions et températures relativement basses.

Chaque cellule est enserrée entre deux plaques bipolaires, la première distribuant l’hydrogène à l’anode et la seconde distribuant l’oxygène à la cathode et évacuant l’eau des électrodes vers le tuyau d’échappement. En général, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons utilisent assez peu de nickel, car elles fonctionnent à basse température (environ 80 °C), mais la quantité totale de nickel nécessaire à leur mise en service à grande échelle pourrait s’avérer considérable.

Les piles à combustible à oxyde céramique (SOFC) sont aussi d’usage courant, surtout comme sources d’alimentation primaire pour les centrales électriques, les microréseaux et les grands utilisateurs.

Elles utilisent une membrane électrolyte en oxyde céramique conductrice d’ions et, comme elles fonctionnent à des températures situées entre 600 °C et 800 °C, leur structure intègre de grandes quantités d’acier inoxydable au nickel servant de support.

Les piles à combustible à carbonate fondu (MCFC) fonctionnent à haute température comme celles à oxyde céramique, mais leur électrolyte est constitué de carbonate fondu imprégné dans une matrice céramique. Bien que d’emploi moins courant, leur fonctionnement a la particularité de séquestrer le dioxyde de carbone, ce qui les rend très intéressantes pour réduire la quantité de gaz à effet de serre dans les effluents gazeux. Ces piles à combustible intègrent des quantités importantes de nickel, de l’ordre de 5 kg par kilowatt de puissance électrique produite.

Les changements climatiques et la dégradation de l’environnement qui s’ensuit constituent une véritable menace pour le monde entier. Mais les nombreux procédés novateurs utilisant l’hydrogène comme combustible s’annoncent très prometteurs pour reverdir l’avenir.

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont de loin les plus courantes dans les véhicules tels que voitures, camions, autobus et chariots élévateurs en raison de leurs dimensions modulables, de leur puissance massique avantageuse et de leur rapidité de démarrage.

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ALLIAGES DE NICKEL : LES FONTES NI-HARD Les fontes et aciers alliés représentent environ 9 % de la production de nickel et offrent des caractéristiques propres à des usages spéciaux et souvent essentiels.

PENTICTON FOUNDRY

Les fontes Ni-Hard figurent parmi ces matériaux. L’appellation Ni-Hard est un terme générique désignant une famille de fontes blanches, alliées de nickel et de chrome, qui résistent bien à l’abrasion par glissement à faible impact en conditions sèches ou humides.

Les fontes Ni-Hard se déclinent en trois nuances : type 1, type 2 et type 4. La composition de chacune varie légèrement selon qu’on utilise la norme ASTM ou EN (voir tableau ci-dessous).

La structure cristalline des aciers doux est ferritique jusqu’à environ 727 °C, puis devient austénitique au-delà de cette température.

L’austénite est une solution solide amagnétique de fer et de carbone, tandis que la ferrite est magnétique et ne peut pas contenir autant de carbone dissous que l’austénite.

Lors du refroidissement de l’acier, le passage en dessous d’environ 727 °C s’accompagne d’une libération de carbone excédentaire qui enrichit l’austénite résiduelle pour former de la cémentite. Celleci s’agrège en lamelles alternées avec la ferrite pour former de la perlite, présente sous forme d’îlots dans la matrice de ferrite.

Le nickel joue un rôle vital dans l’optimisation de la dureté, et donc de la résistance à l’usure. Afin d’inhiber la transformation perlitique, la teneur en nickel augmente en fonction de la section ou du temps de refroidissement de la pièce fondue. Pour les pièces de 38 à 50 mm d’épaisseur, une teneur en nickel de 3,4 % à 4,2 % suffit à prévenir la formation de perlite pendant le refroidissement

Usages types : Fontes Ni-Hard de types 1 et 2 • Rouleaux de laminage • Chemises de broyeur • Bagues de pulvérisateur • Pièces de pompe à boue • Corps broyants Fonte Ni-Hard de type 4 • Pièces de pompe à boue • Barres d’impact

Composition des fontes Ni-Hard Nuance

Composition chimique* (% en poids) C

Ni

Cr

Si

Mn

Mo

S

P

ASTM A532 Ni-Hard 1

Classe 1, type A

2,8 à 3,6 3,3 à 5,0

1,4 à 4,0

0,8

2,0

1,0

0,15

0,3

Ni-Hard 2

Classe 1, type B

2,4 à 3,0 3,3 à 5,0

1,4 à 4,0

0,8

2,0

1,0

0,15

0,3

Ni-Hard 4

Classe 1, type D

2,5 à 3,6 4,5 à 7,0

7,0 à 11,0

2,0

2,0

1,5

0,15

0,10

EN 12 513 Ni-Hard 1

EN-JN2039

3,0 à 3,5 3,0 à 5,5

1,5 à 3,0

0,8

0,8

–

0,10

0,10

Ni-Hard 2

EN-JN2029

2,5 à 3,0 3,0 à 5,5

1,5 à 3,0

0,8

0,8

–

0,10

0,10

Ni-Hard 4

EN-JN2049

2,5 à 3,5 4,5 à 6,5 8,0 à 10,0 1,5 à 2,5 0,3 à 0,8

–

0,08

0,08

* Les valeurs uniques sont des maximums.

12 | NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021

du moule. Les pièces de section plus élevée peuvent nécessiter des teneurs en nickel allant jusqu’à 5,5 %. Cependant, il est important de se limiter à la teneur en nickel suffisant à éliminer la perlite, car tout excédent de nickel fait augmenter la quantité d’austénite conservée et réduit ainsi la dureté.

ACTIVITÉS DE FORMATION DU NICKEL INSTITUTE POUR PARTAGER LE SAVOIR

En raison des confinements imposés par la pandémie de COVID-19 depuis le début de 2020, le Nickel Institute a immédiatement suspendu son programme habituel d’ateliers, conférences et séminaires.

Ces activités de formation sont une composante essentielle de notre mission, qui consiste à promouvoir et à accompagner le bon usage du nickel dans les applications appropriées. Parmi les solutions de remplacement possibles, les cyberconférences sont apparues comme le moyen le plus efficace et le plus rapide de transmettre les informations techniques requises aux utilisateurs de produits contenant du nickel.

grandes entreprises utilisatrices et des plateformes à but lucratif.

Comme pour les rencontres en personne, les partenaires continuent de jouer un rôle clé pour ce qui est de réunir le public intéressé. De nouveaux partenaires se sont joints aux partenaires existants pour saisir l’occasion de collaborer avec le Nickel Institute, notamment différents groupes s’intéressant aux domaines de la corrosion et du soudage, des associations œuvrant au développement de l’acier inoxydable et, dans certains cas, de

Le programme de cyberconférences et de séances préenregistrées se poursuivra en 2021. Et nous œuvrons à améliorer encore plus l’intérêt et la qualité visuelle des présentations.

Là où les réunions pouvaient se tenir, mais où les intervenants ne pouvaient se rendre, les conférences préenregistrées se sont avérées très efficaces. En 2020, 52 séances distinctes se sont tenues pour un total d’environ 18 000 participants.

Cela représente un plus grand nombre de séances et un plus large public que s’il s’était agi de conférences en personne.

Les prochaines téléconférences proposées au public seront publiées sur la page LinkedIn du Nickel Institute ainsi que sur son site Web (sélectionner Library > Category > Content Type > Events).

Thèmes des cyberconférences du Nickel Institute : • Introduction aux alliages de nickel résistants à la corrosion • Introduction aux aciers inoxydables • Propriétés des aciers inoxydables réfractaires • Aciers inoxydables et alliages de nickel plaqués • Décapage, passivation et nettoyage de l’acier inoxydable • Acier inoxydable : finitions et spécification • Soudage et mise en forme des aciers inoxydables résistants à la corrosion • Soudage et mise en forme des aciers inoxydables duplex • Soudage et mise en forme des alliages de nickel Cyberconférences sectorielles : • Batteries et accumulateurs • Agroalimentaire • Industrie pharmaceutique • Industrie pétrogazière • Traitement des eaux • Chimie • Architecture • Épurateurs de gaz maritimes Pour tout complément d’information, prière d’écrire à communications@ nickelinstitute.org

NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021 | 13

Le saviez-vous ?

Les experts du Nickel Institute répondent à vos questions

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 LISEZ la revue Nickel (disponible en ligne en plusieurs langues). www.nickelinstitute.org/library/

Q R

Question : Je sais que les solutions chlorurées posent un problème pour l’acier inoxydable. Quel est le pouvoir corrosif des chlorures et comment choisir un acier inoxydable au nickel bien adapté ?

Réponse : Les chlorures sont à l’origine d’attaques localisées telles que la corrosion par piqûres et par crevasses.

L’augmentation de la teneur en chrome, en molybdène et en azote renforce la résistance aux chlorures.

Le diagramme de sélection ci-dessous présente la résistance relative aux chlorures des nuances 304L (UNS S30403), 316L (S31603), 2205 (S32205) et 904L (N08904), ainsi que des alliages à 6 % de molybdène (S31254) et super duplex 2507 (S32750).

Les courbes représentent le seuil de risque de corrosion par contact prolongé avec une solution chlorurée neutre pour les différents aciers inoxydables. L’aire située à droite de chaque courbe correspond aux conditions de température et de concentration en chlorures

RISQUE DE CORROSION PAR PIQÛRES ET PAR CREVASSES

80

Risque de corrosion par piqûres

S31254/2507

70

SUIVEZ-NOUS sur Twitter : @NickelInstitute

40

JOIGNEZ-VOUS À NOUS sur LinkedIn, en visitant la page du Nickel Institute.

30

Risque de corrosion par crevasses

316L

S31254/2507

316L 2205

100

2205

904L

304L

20

904L

304L

60 50

14 | NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021

Ce sujet sera traité plus en détail dans une publication du Nickel Institute à paraître cette année sous le titre Guidelines for the Use of Stainless Steels and Nickel-containing Alloys in Water (11 003).

°C

CONSULTEZ LES ANCIENS NUMÉROS de la revue Nickel dans nos archives en ligne, qui remontent jusqu’à juillet 2009. www.nickelinstitute.org/library/

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entraînant un risque d’attaque corrosive.

Cependant, ces seuils sont donnés à titre indicatif seulement, car beaucoup d’autres facteurs peuvent réduire ou aggraver le risque de corrosion et déplacer ainsi les courbes vers la gauche ou vers la droite. Il s’agit notamment des facteurs suivants : pH, présence d’espèces oxydantes, agitation de la solution (la stagnation étant le pire des cas), teneur en oxygène dissous, rugosité des surfaces, temps de contact, teneur en inclusions, présence de coloration thermique.

1 000

10 000 Chlorures (en ppm)

100 000

OUTOKUMPU

EN

NICKEL

LIGNE

Geir Moe est l’ingénieur chargé de coordonner le service d’information technique du Nickel Institute.

Constituée d’experts techniques situés dans le monde entier, son équipe se tient à la disposition des utilisateurs et prescripteurs de matériaux contenant du nickel pour leur apporter gratuitement des conseils techniques sur une vaste gamme d’utilisations de ce métal (aciers inoxydables, alliages de nickel, nickelage, etc.) et leur permettre ainsi de tirer parti de ses nombreux avantages en toute confiance. https://inquiries.nickelinstitute.org/

Nouvelles publications Le guide de sélection des alliages pour la production d’acide phosphorique par voie humide, disponible en anglais sous le titre Alloy selection in wet-process phosphoric acid (10 015), traite de la résistance à la corrosion de différents alliages au nickel et d’autres métaux dans les solutions d’acide phosphorique pures et contaminées. L’acide phosphorique est un produit chimique essentiel utilisé dans presque toutes les grandes industries. Il s’emploie surtout dans la production d’engrais agricoles et comme complément minéral dans l’alimentation animale. Cette publication constitue un guide utile pour les ingénieurs en génie des matériaux.

Le guide des alliages au nickel hautement résistants à haute température, disponible en anglais sous le titre High-temperature high-strength nickel-base alloys (no 393), présente les propriétés mécaniques et physiques à température ambiante et aux hautes températures des superalliages coulés et corroyés à base de nickel, cobalt-nickel et fer-nickel. Ces propriétés sont intéressantes pour la conception des turbines à gaz utilisées notamment dans l’aéronautique, l’automobile et la production d’énergie.

Le guide pratique de l’emploi des aciers inoxydables duplex, disponible en anglais sous le titre Practical guide to using duplex stainless steels (10 044)

Codes UNS UNS

présente de manière concise les différents types d’acier inoxydable duplex ainsi que leurs propriétés mécaniques et physiques sous l’angle de la métallurgie, de la résistance à la corrosion, de la mise en forme et du soudage. Il donne des indications sur le bon usage de ces aciers inoxydables dans toute une palette d’applications industrielles.

Les recommandations pratiques pour la mise en forme des aciers inoxydables austénitiques, disponibles en anglais sous le titre Practical Guidelines for the Fabrication of Austenitic Stainless Steels, renseignent sur les propriétés, performances et principes de mise en forme de ces alliages. Elles apportent aux entreprises de chaudronnerie et de métallerie des conseils clairs et précis sur le découpage, l’usinage, l’assemblage et la finition de ces matériaux afin que leurs ouvriers et ingénieurs disposent des informations nécessaires pour en faire un usage efficace et produire des équipements de qualité. Cette publication de l’Association internationale du molybdène (IMOA) a été produite avec la collaboration du Nickel Institute.

Les publications sont disponibles en téléchargement gratuit sur www.nickelinstitute.org

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

C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

N08904 p. 14

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.

S30400 p. 5,8,9,16

0,08 max.

18,0 à 20,0

-

restant

2,00 max.

-

-

8,0 à 10,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 p. 6,14

0,03 max.

18,0 à 20,0

-

restant

2,00 max.

-

-

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31600 p. 5,9

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.

1,00 max.

S31603 p 2,6,14,16

0,03 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.

1,00 max.

S31254 p. 14

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.

S32205 p. 14

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. 14

0,030 max.

24,0 à 26,0

-

restant

1,20 max.

3,0 à 5,0

0,24 à 0,32

6,0 à 8,0

0,035 max.

0,020 max.

0,80 max.

NICKEL, VOL. 36, Nº 1. 2021 | 15

UN HOMMAGE ÉTINCELANT AUX OUVRIERS DE LA CONSTRUCTION NAVALE LOUISE GAULT PHOTOGRAPHY WWW.LOUISEGAULTPHOTOGRAPHY.CO.UK

La ville de Port Glasgow, au bord de l’estuaire de la Clyde (un grand fleuve d’Écosse), s’apprête à célébrer son patrimoine industriel par l’installation d’une colossale sculpture d’acier inoxydable au terme d’un projet amorcé il y a six ans.

Dans le cadre d’un plan de régénération de la ville, l’administration locale a confié à John McKenna, artiste connu pour ses sculptures grandeur nature représentant des gens au travail, la production d’une œuvre intitulée Shipbuilders of Port Glasgow (Ouvriers de la construction navale de Port Glasgow).

La sculpture, qui représente deux ouvriers de la construction navale maniant des masses, se compose d’une charpente de tubes en nuance 304 (UNS S30400) revêtue de tôles en 316L (S31603) à fini 2 B.

John McKenna à l’essai d’assemblage de l’œuvre. Les personnages ont été fabriqués en plusieurs éléments à l’atelier, puis assemblés en plein air au moyen de grues et de nacelles élévatrices.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.36,36,NºNº1.1.2021 2021

Chacune des tôles constituant les différentes facettes de formes et dimensions variées a été mise en forme séparément et leurs bordures ont été repliées et assemblées par des soudures en bouchon de manière à simuler des milliers de rivets.

Ces soudures ont été méticuleusement électropolies afin d’éliminer toute

coloration thermique et de renforcer leur résistance à la corrosion.

La sculpture constitue non seulement une œuvre d’art, mais aussi une prouesse en ingénierie des structures. Haute de 11 m et pesant environ 20 tonnes, elle devra résister aux vents de la côte ouest de l’Écosse qui s’abattent sur son site prévu à Coronation Park, près des anciens quais de Port Glasgow.

Une fois installés, plus tard cette année, les Shipbuilders of Port Glasgow sont appelés à devenir une nouvelle attraction touristique.