NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021

Le rôle capital du nickel dans les solutions durables Captage et stockage du CO2

Énergie propre : Quel rôle pour le nickel ?

L’éolien dans l’Arctique

KWANSOO E&C CO. LTD

ÉTUDE DE CAS 22 LE VIADUC DE TEMBURONG Le viaduc maritime de Temburong, qui s’étend sur 30 km, est l’un des plus longs du Sud-Est asiatique. C’est aussi le plus grand chantier d’infrastructure jamais entrepris par l’État du Brunei. Il enjambe une partie de la baie de Brunei pour raccorder le district de Brunei-Muara à la réserve forestière du Labu, dans le district de Temburong. Avant son inauguration en mars 2020, les véhicules devaient traverser une partie de l’État du Sarawak, en Malaisie, pour se rendre d’un district à l’autre. Le viaduc réduit ainsi le trajet de deux heures à une quarantaine de minutes. Pour le sultanat du Brunei, ce gigantesque ouvrage de Inauguré en mars 2020, le viaduc de Temburong enjambe une partie de la baie de Brunei. Il comprend de gigantesques tronçons de viaduc et deux ponts à haubans destinés au passage des navires. Pour les parties essentielles des structures en béton armé, il convenait d’employer des barres d’armature en acier inoxydable.

Leur grande résistance aux contraintes et à la corrosion est aujourd’hui largement mise à profit pour prolonger la durée de vie des structures en béton importantes telles que les ponts, qui doivent tolérer des milieux rigoureux.

NICKEL, VOL. VOL. 36, 36, Nº 2.

Nº 2. 2021 2021 22 || NICKEL,

1,6 milliard de dollars américains entraînera le développement touristique de la magnifique réserve forestière du Labu.

La construction du viaduc, démarrée

des navires. Pour prolonger considérable-

en 2014, a été confiée à la coentreprise

ment la durée de vie de l’ouvrage dans

sud-coréenne Daelim-Swee et à

ce milieu maritime tropical, le cahier des

la société chinoise CSCEC (China

charges prescrivait l’emploi de barres

State Construction & Engineering

d’armature en acier inoxydable pour

Corporation). Ce chantier formidable

les parties essentielles des structures en

comprenait la construction d’un viaduc

béton armé. Cette exigence a conduit

terrestre de 12 km traversant les marais

à sélectionner un total d’environ

à mangroves de la réserve forestière du

3 500 tonnes de barres d’armatures

Labu, d’un long viaduc maritime et de

en acier inoxydable, notamment de

deux spectaculaires ponts à haubans

nuances 304 (UNS S30400) et 2304

en poutres-caissons destinés au passage

(S32304).

« Réduire à zéro les émissions nettes mondiales d’ici le milieu du siècle et rester en mesure de limiter le réchauffement à 1,5 °C », tel est le premier objectif de la Conférence sur les changements climatiques (COP26) qui doit se tenir à Glasgow en novembre 2021. L’évolution des politiques publiques, la dynamique des investissements et les choix des consommateurs entraînent de plus en plus une remise à plat des systèmes et technologies énergétiques dont dépend la marche du monde.

Tandis que la demande d’énergie déri-

Évolution de la demande par type d’énergie vée du pétrole, du gaz et du charbon en 2020 par rapport à 2019 a chuté de 5 % en 2020 par rapport à

5%

2019, la demande d’énergie issue des nouveaux systèmes, et notamment

0

des sources renouvelables, conserve sa vigueur. Vu qu’en 2020 la pandémie de COVID-19 a entraîné la stagnation Sources renouvelables modernes

Nucléaire

Gaz naturel

Charbon

-10 %

Pétrole

-5 %

Total

ou la contraction de la plupart des secteurs de l’économie, la croissance de 1 % qu’enregistre celui des énergies renouvelables prête à l’optimisme.

« Des mesures plus radicales s’imposent pour contrer la pression à la hausse des émissions résultant de la production minérale, mais les avantages climatiques des technologies énergétiques propres restent incontestables. » — Agence internationale de l’énergie.

The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions

Même si la production de nickel nécessite de l’énergie, ce métal joue un rôle capital dans la transition énergétique indispensable à la réduction des émissions de CO2. Ces propriétés incomparables facilitent la bonne mise en œuvre des différentes technologies énergétiques propres telles que géothermie, batteries destinées aux véhicules

PHOTO DE JUSTIN BULOTA, © TUGLIK ENERGY

SOURCE : AGENCE INTERNATIONALE DE L’ÉNERGIE (2021). THE ROLE OF CRITICAL MINERALS IN CLEAN ENERGY TRANSITIONS. TOUS DROITS RÉSERVÉS.

ÉDITORIAL DES SOLUTIONS DURABLES

électriques ou au stockage de l’énergie, hydrogène, éolien, solaire thermique à concentration et nucléaire. Et à mesure que les énergies plus vertes rendues possibles par le nickel se banalisent, l’empreinte carbone de sa production continue de diminuer.

Le présent numéro de Nickel se penche sur la place exacte du nickel et sur son rôle capital dans quatre des moyens techniques voués à décarboner le bouquet énergétique.

Souvent, même un soupçon de nickel contribue puissamment aux techniques de réduction des émissions et à l’avènement de solutions durables conduisant à la neutralité carbone.

Clare Richardson Rédactrice en chef

Couverture : L’une des deux éoliennes installées à la mine Raglan de la société Glencore dans le cadre du projet Northern Lights (aurore boréale).

NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021 | 3

02

Étude de cas 22 Viaduc de Temburong

03

Éditorial Des solutions durables

04

En bref

06

Éolien, hydraulique,

NICKEL

E N B R E F

SOMMAIRE

géothermique Nickel et énergies propres Projet Northern Lights Captage et stockage du CO2

13

Alliages de Nickel

Une solution plus claire JOONDONG KIM, UNIVERSITÉ NATIONALE D’INCHEON

10

Les alliages de la série C

14

Le saviez-vous ?

Les taches de rouille

15

Nouvelles publications

15

Codes UNS

16

Centre du roi Abdelaziz Culture et connaissance

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, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Frank Smith, Benoît Van Hecke, 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 : Photo de Justin Bulota, © Tugliq Energy Photos de banques d’images : iStock©Petmal (page 3), iStock©Burben_Images (page 7), Shutterstock©encikmohdfirdaus (page 8), iStock©typo-graphics (page 13)

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Voici un concept lumineux promis à un avenir radieux : des vitres intégrant des panneaux solaires invisibles qui génèrent de l’électricité. Dans un article récent du Journal of Power Sources, l’équipe de Joondong Kim, professeur à l’Université nationale d’Incheon, en Corée du Sud, expose en détail sa toute dernière invention : une cellule photovoltaïque parfaitement transparente pouvant s’intégrer aux fenêtres, aux parois, voire aux écrans de téléphone mobile. L’oxyde de nickel, facile à produire en abondance, y joue un rôle essentiel.

Jusqu’à présent, les cellules solaires étaient plutôt opaques, ce qui limitait leur usage. Joondong Kim et son équipe ont mis au point une technique innovante centrée sur un type d’hétérojonction où de fines couches de matériaux captent la lumière. Pour cette hétérojonction, les chercheurs tirent parti de l’oxyde de nickel, un semiconducteur doté d’une grande transparence optique. En l’associant au dioxyde de titane, un autre semiconducteur, ils ont créé une cellule solaire transparente et performante. Selon Joondong Kim, « ces cellules photovoltaïques transparentes pourraient avoir différents usages dans les technologies humaines ».

Une queue surprenante

WIKIMEDIA COMMONS

BALLYMORE PROPERTIES LIMITED

S’il n’est pas rare de trouver différents métaux dans les queues de poussières des comètes, il est désormais établi que celles des comètes froides voyageant loin du Soleil contiennent du fer et du nickel. Quoi d’inhabituel à cela ? C’est que, d’ordinaire, les métaux à l’état solide ne se subliment pas (ne passent pas à l’état gazeux) à basse température. Tout d’abord, en 2019, des astronomes polonais ont détecté de la vapeur de nickel dans la queue de la comète interstellaire 2I/Borisov, objet glacial s’il en est. Puis, tout récemment, les astronomes belges J. Manfroid, D. Hutsemékers et E. Jehin ont découvert des vapeurs de nickel similaires dans les comètes froides du système solaire, ce qui pourrait indiquer une origine organométallique. Ces vapeurs ont été détectées dans des comètes situées à plus de 480 millions de kilomètres du Soleil, soit trois fois la distance de celui-ci à la Terre.

SMARTTIRECOMPANY.COM

Plongeon panoramique

Retour de Mars à la Terre Une entreprise de Los Angeles, The Smart Tire Company, s’apprête à lancer des bandages de roue SMART (Shape Memory Alloy Radial Technology) destinés aux vélos. Cette nouvelle technologie révolutionnaire dérive des roues en alliage à mémoire de forme mises au point pour les astromobiles martiennes et autres véhicules d’exploration spatiale de prochaine génération. Ces bandages de roue intègrent un maillage en nitinol (UNS N01555), un alliage à mémoire de forme composé de nickel et de titane conjuguant l’élasticité et la robustesse dont la NASA a besoin pour surmonter les défis incommensurables de l’exploration martienne, tels que ceux posés par l’absence de route et par des températures extrêmes pouvant chuter jusqu’à -100 °C. De retour sur Terre, le maillage porteur breveté met à profit les propriétés exceptionnelles des alliages à mémoire de forme, capables de se dilater, de se contracter, de se déformer et de se redresser très rapidement. L’entreprise prévoit de commercialiser ces roues d’ici 2022 et annonce qu’elles sont destinées à durer toute la vie du vélo, en ne nécessitant qu’un rechapage occasionnel.

Le cabinet d’architectes HAL a créé une piscine transparente faisant le pont à 35 m du sol entre deux immeubles des Embassy Gardens, un ensemble urbain du district londonien de Battersea. Baptisé Sky Pool, ce bassin de 25 m de long constitué de panneaux acryliques transparents ouvre aux baigneurs un vaste panorama sur les alentours et sur la Tamise.

La piscine est arrimée aux deux immeubles par des taquets en acier inoxydable de nuance 316L (UNS S31603). Ces derniers reposent sur des appareils d’appui permettant à la structure de suivre le mouvement des immeubles tout en supportant le poids de l’eau. Deux barres d’acier inoxydable haute résistance de 38 mm de diamètre tendues par ressort entre les deux taquets passent sous le bassin pour réduire les charges s’exerçant sur la structure en acrylique. Le résultat constitue non seulement une prouesse technique et architecturale, mais aussi un spectacle saisissant quand on lève les yeux.

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ÉOLIEN, HYDRAULIQUE ET GÉOTHERMIQUE LE NICKEL DANS LES ÉNERGIES PROPRES Même en petites quantités, le nickel peut jouer un rôle déterminant dans le succès des nouvelles technologies.

Technologie Importance énergétique propre du Nickel Solaire photovoltaïque

Faible

Solaire thermique à concentration

Moyenne

Éolien

Moyenne

Hydroélectrique

Faible

Bioénergétique

Faible

Géothermique

Élevée

Nucléaire

Moyenne

Véhicules électriques et stockage par batteries

Élevée

Hydrogène

Élevée

L’Agence internationale de l’énergie (AIE) vient de publier un rapport sur le rôle des minéraux critiques dans la transition vers les énergies propres (The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions). Celui-ci fait le point sur les différents métaux et minéraux indispensables à la mise œuvre des technologies à faible émission de carbone devant remplacer les modes de production d’électricité non durables encore en usage. Il montre l’importance du nickel (élevée, moyenne ou faible) pour certaines des technologies propres.

Même à petite dose, le nickel peut s’avérer essentiel en conférant aux matériaux la résistance requise pour réussir la mise en œuvre des technologies propres. Dans l’hydroélectrique, par exemple, le nickel n’a qu’une faible importance nominale sur le plan quantitatif, mais son usage reste essentiel à la soudabilité des aubes de turbine et à la durabilité de certains constituants des vannes de barrage. Dans certaines de ces technologies, l’emploi du nickel s’avère incontournable. Le rapport de l’AIE traite seulement de la production d’électricité, mais il existe d’autres technologies propres servant à générer de l’énergie thermique. C’est le cas par exemple de la production de biocarburants, qui repose largement sur l’emploi des aciers inoxydables au nickel. En fait, une grande partie du bouquet énergétique nécessite du nickel sous une forme ou une autre, et toutes les technologies énergétiques propres en utilisent. Examinons de plus près le rôle du nickel dans trois secteurs clés de l’énergie propre : géothermique, hydroélectrique et éolien.

Géothermie La chaleur des profondeurs de la Terre peut servir à produire de l’électricité ainsi qu’à chauffer les habitations et autres bâtiments. L’idée est simple : des tuyaux amènent vers la surface de la vapeur ou

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de l’eau chaude sous pression (à plus de 150 °C environ) qui entraîne des turbines générant de l’électricité ; l’eau tiédie est ensuite distribuée à des systèmes de chauffage urbain par des conduites avant d’être renvoyée vers sa source où elle se réchauffe naturellement. La géothermie a notamment le grand avantage de fournir de manière fiable une énergie toujours disponible, à la différence du solaire ou de l’éolien. À l’heure actuelle, la production d’énergie géothermique est plutôt modeste, avec une capacité estimée à seulement 16 GW, et elle se cantonne là où les sources d’eau chaude sont relativement proches de la surface terrestre, en général à moins de 3 000 m de profondeur. Bien que le coût initial d’une centrale géothermique dépasse généralement celui des autres centrales énergétiques durables, l’investissement se justifie par le fonctionnement ininterrompu du système.

La qualité de l’eau ou de la vapeur varie considérablement d’un lieu à l’autre.

Certaines eaux sont très corrosives, en raison de leur forte teneur en chlorures et en sulfure d’hydrogène. C’est là que l’emploi d’alliages au nickel s’impose.

Certaines installations, comme celles du projet de la Salton Sea, en Californie, font grand usage des alliages à base de nickel comme le C-22 (N06022), mais la plupart

des autres peuvent employer des matériaux plus faiblement alliés.

Prenons par exemple la centrale de Hellisheiði, située près de Reykjavik, capitale de l’Islande. Classée au sixième rang des plus grandes centrales géothermiques du monde, elle produit 303 MW d’électricité ainsi que 400 MW d’énergie thermique destinée au chauffage des bâtiments résidentiels et commerciaux et transportée jusqu’à la ville par un pipeline de 19,5 km. Les puits amènent à la surface une eau à environ 200 °C contenant une faible quantité de chlorures et un peu de sulfure d’hydrogène. Les matériaux employés dans le système vont des aciers au carbone alliés habituels pour le cuvelage jusqu’aux alliages à forte teneur en nickel, en passant par différentes nuances d’acier inoxydable. Certains composants essentiels nécessitent même du titane. Le nickel est présent notamment dans des éléments clés tels que turbines, condensateurs, échangeurs de chaleur, pompes et réseaux de canalisations, composés par exemple d’aciers inoxydables de nuances 630 (S17400) ou 316L (S31603), de différents alliages duplex, d’alliage à 6 % de molybdène (S31254)

et d’alliage de nickel 625 (N06625). Les alliages utilisés dans la centrale pourraient contenir jusqu’à 100 tonnes de nickel.

Ces matériaux, tous adaptés à leur usage, apportent une remarquable résistance à la corrosion et aux contraintes ainsi que des surfaces propres assurant un excellent transfert de chaleur, ce qui optimise les coûts de fonctionnement et d’entretien.

Hydroélectricité L’énergie hydraulique est actuellement la principale source d’électricité renouvelable. Selon l’AIE, sa capacité mondiale devrait augmenter de 70 % d’ici 2040, surtout grâce à son essor dans la région Asie-Pacifique. Son importance se maintiendra dans l’avenir. De nouvelles centrales seront mises en service, mais il faudra aussi rénover les équipements plus anciens et améliorer leur rendement, notamment en y incorporant les technologies actuelles pour prolonger leur durée de vie et produire plus d’énergie.

Certaines eaux géothermiques sont très corrosives, en raison de leur forte teneur en chlorures et en sulfure d’hydrogène. C’est là que l’emploi d’alliages au nickel s’impose.

Dans la plupart des systèmes hydroélectriques, des barrages alimentent les turbines produisant l’électricité. Le nickel est présent dans certains composants essentiels de ces systèmes et il devrait y

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L’énergie hydraulique est la principale source d’électricité renouvelable. Et les turbines les plus durables sont en acier inoxydable au nickel.

jouer un rôle encore plus important dans l’avenir. Le cœur d’une centrale est le groupe turboalternateur, où un flux d’eau sous pression entraîne une roue de turbine solidaire d’un rotor coaxial intégrant des aimants. Celui-ci tourne à l’intérieur d’un stator portant des enroulements de fils de cuivre et induit ainsi un courant électrique dans ce dernier. En général, la turbine est en acier inoxydable au nickel. Elle doit résister à la fois à la corrosion et à la cavitation. Il existe des turbines de différentes dimensions, mais elles sont souvent très grandes, et leur soudabilité et leur réparabilité par soudage sont essentielles au choix des matériaux. Pour ces raisons, les turbines les plus durables sont en aciers inoxydables martensitiques et austénitiques contenant du nickel tels que les nuances 410NiMo (UNS S41500), EN 1.4488 (sans code UNS) et 304 (S30400), ainsi que leurs équivalents coulés.

Les stators sont aussi de grandes dimensions et leur rendement repose de façon primordiale sur l’amagnétisme des aciers inoxydables austénitiques contenant du nickel, en particulier les alliages tels que le XM-19 (S20910).

Le nickel a la réputation d’être un « métal caché ». C’est bien le cas dans les éoliennes, où il rend possible une production d’énergie fiable et rentable.

Face à l’accroissement des pressions et des volumes d’eau, il est possible de réduire le poids des composants du système tout en augmentant leur durabilité par l’emploi de matériaux au nickel. Les aciers faiblement alliés à haute résistance (aciers patinables) restent d’excellents candidats pour produire les futures conduites forcées (tuyaux de grand diamètre amenant l’eau sous pression aux turbines). Le diamètre des conduites forcées peut atteindre 10 m.

Un acier à haute résistance a l’avantage de réduire le poids de la conduite tout en accroissant son diamètre interne. Le nickel présent dans ces alliages favorise la formation de martensite nécessaire à l’obtention d’une résistance élevée. Il a en outre l’avantage d’améliorer la soudabilité des matériaux constituant les conduites forcées. Ces avantages, qui ont pour effet de réduire les coûts et les quantités d’acier utilisées tout en améliorant le rendement, sont essentiels pour l’avenir de cette importante source d’énergie renouvelable.

Énergie éolienne L’emploi de l’énergie éolienne est en plein essor depuis quelque temps et atteint désormais une capacité mondiale de près de 750 GW. Le coût de l’énergie

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produite par les éoliennes a baissé et la taille des turbines commercialisées a augmenté à tel point que leur capacité atteint ou dépasse les 10 MW. Cela réduit leur empreinte matériaux (la quantité de matériaux utilisée par mégawatt d’énergie produite), qui constitue un important critère de durabilité. Ici aussi, le nickel joue un rôle clé.

L’emploi du nickel est le plus souvent associé à celui de l’acier inoxydable et, de fait, nombre de composants essentiels à la sécurité des éoliennes (échelles, tableaux de commande, éléments de fixation, etc.) utilisent ce matériau. Mais dans l’éolien, le nickel s’utilise surtout, en petites quantités, pour augmenter la résistance des aciers faiblement alliés et pour améliorer leur ténacité. Nombre d’éléments d’alliage augmentent la résistance et la dureté de l’acier, mais le nickel est l’un des rares à améliorer aussi sa ténacité (capacité d’absorber de l’énergie mécanique sans se fracturer), propriété essentielle au fonctionnement des éoliennes.

Le multiplicateur d’une éolienne contient les pièces mobiles les plus importantes.

Celui d’une éolienne de 8 MW peut peser 86 tonnes. En cas de panne majeure, remplacer tout ou partie du multiplicateur est très onéreux sur une éolienne terrestre, et sur une installation en mer l’opération peut entraîner d’énormes coûts et un long temps d’arrêt. Par conséquent, la fiabilité et la durabilité des composants sont essentielles à la rentabilité des parcs éoliens.

Le poids du multiplicateur est également important, car la structure doit supporter celui de la nacelle qui le contient, et ce face aux vents les plus forts. Un allègement d’un kilogramme dans la nacelle peut faire économiser jusqu’à 10 kg de matériau dans la structure porteuse. La conception technique est primordiale, mais la sélection des alliages l’est également. Dans les multiplicateurs actuels, une grande partie de l’acier contient du nickel, jusqu’à une teneur de 2 % pour certains composants.

Et pour les éoliennes à l’étude dont la capacité irait jusqu’à 20 MW, on propose même des aciers à plus forte teneur en nickel. Les éléments ne contenant pas de nickel aujourd’hui pourraient en contenir jusqu’à environ 0,5 % dans l’avenir, afin de diminuer leur poids tout en augmentant leur fiabilité.

JUSTIN BULOTA

Des éoliennes dans l’Arctique Alimenter en chaleur et en électricité les sites reculés du nord du Canada constitue toujours un défi, surtout quand aucune route n’y conduit. C’est le cas pour la mine de nickel Raglan, située au Nunavik, territoire couvrant le tiers nord du Québec, et exploitée par Glencore.

Une grande réserve de diesel y est livrée par mer pendant la brève saison de navigation. Comme l’hiver y est sombre et glacial, le chauffage et l’électricité y sont indispensables. L’éolien y est l’une des seules sources d’énergie renouvelable possibles. Mais cette technologie peut-elle fonctionner sans problèmes face aux conditions extrêmes de l’Arctique, et notamment aux blizzards ?

Deux éoliennes ont été construites et installées successivement en 2014 et

en 2018, avec un système de stockage d’énergie sophistiqué intégrant des batteries lithium-ion. Il était par ailleurs impératif d’intégrer les systèmes éolien et diesel. Ces premières étapes ont été couronnées de succès, ce qui a validé le concept, et l’installation de deux nouvelles éoliennes de 3 MW est à l’étude. Chaque éolienne fait économiser plus de deux millions de litres de diesel par an et réduit ainsi de 3 600 tonnes les émissions de dioxyde de carbone. Le nickel participe largement à ce succès, car chacune en contient environ deux tonnes. Le nickel joue un rôle clé notamment dans les paliers, arbres, engrenages et composants hydrauliques contenus dans la nacelle, ainsi que dans les éléments de fixation, les boîtiers de commande et bien d’autres composants.

Chaque éolienne réduit de 3 600 tonnes les émissions annuelles de CO2 et contient environ deux tonnes de nickel.

NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021 | 9

LE PROJET NORTHERN LIGHTS CAPTER ET SÉQUESTRER LE CO2 POUR ATTEINDRE LA NEUTRALITÉ CARBONE

EQUINOR

Les processus de captage et stockage du CO2 (CSC) occupent une place essentielle dans la décarbonation de l’activité humaine. L’un d’eux consiste à capter le CO2 des grandes installations industrielles, à le transporter par navire ou par canalisation et à le stocker, généralement dans des formations souterraines, pour prévenir son émission dans l’atmosphère. Il a un rôle à jouer dans la transition énergétique, car les énergies renouvelables à elles seules ne suffiront pas à atteindre les objectifs mondiaux de suppression des émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050. En premier lieu, il faut beaucoup de temps pour verdir le bouquet énergétique. En second lieu, les émissions de CO2 ne résultent pas toutes de la consommation d’énergie, mais aussi d’autres activités telles que la fabrication du ciment.

Il faudra disposer d’une flotte de navires spécialement destinés au transport du CO2 pour que le CSC maritime réalise tout son potentiel.

Le CO2 est rarement produit là où il peut être stocké sans danger. Le stockage sous les fonds marins, malgré sa complexité, semble prendre le pas sur le stockage terrestre, qui se heurte souvent à la résistance des populations concernées. Le transport du lieu d’émission au lieu de stockage peut se faire par navire ou par canalisation. La première option est plus rentable pour transporter de faibles volumes sur de longues distances et la seconde pour transporter de grands volumes sur moins de 700 km. En outre, pour une activité émergente comme le CSC, l’emploi de navires nécessite moins de dépenses d’équipement et se prête donc mieux au transport de volumes de CO2 initialement bas vers le petit nombre de lieux de stockages disponibles.

Comment construire un navire transporteur de CO2 ?

Les navires gaziers utilisent trois types de citernes : sous pression, basse température (à pression atmosphérique) et semi-réfrigérée. La liquéfaction du CO2

10 | NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021

nécessite de conjuguer basse température et pression dépassant nettement celle de l’atmosphère. Par conséquent, la citerne d’un transporteur de CO2 doit être sous pression ou semi-réfrigérée.

Les citernes semi-réfrigérées, comme celles des quelques transporteurs de CO2 existants, répondent aux conditions de température et de pression requises pour maintenir le gaz à l’état liquide.

Les concepteurs de navires préfèrent ce type de citernes, car il permet de construire de plus grands bâtiments à moindre coût. Idéalement, la citerne devrait fonctionner dans une plage allant environ de -54 °C sous 6 bars à -50 °C sous 7 bars. Cependant, cela est proche du point triple du CO2, où phases gazeuse, liquide et solide coexistent, et l’état actuel de la technique ne suffit pas à maintenir ces conditions de manière sûre et efficace. À l’heure actuelle, les transporteurs de CO2 fonctionnent à une pression plus élevée et à -20 °C environ.

Ils transportent du CO2 liquide pour le

Stockage permanent Réception et stockage temporaire du CO2 Acheminement par pipeline sous-marin Séquestration géologique permanente (2 500 à 3 000 m sous le fond marin)

Transport Transport par navire du CO2 sous pression Captage du CO2 Captage dans les installations industrielles

CO2 liquéfié

Compression et stockage temporaire

secteur des aliments et boissons et pour celui des produits sous pression tels que les agents extincteurs. Le nickel est essentiel à la résistance et à la ténacité des épaisses parois de ces citernes sous pression à températures négatives.

Le projet Northern Lights En dépit des difficultés, les projets de CSC commencent à se concrétiser. Le projet Northern Lights (aurore boréale) est la composante transport et stockage du projet Langskip (drakkar), lancé et financé par la Norvège, qui consiste notamment à capter des émissions industrielles de CO2 dans le sud-est du pays (à Brevik et Oslo). Portée par un partenariat entre Equinor, Shell et Total et opérationnel dès 2024, la composante Northern Lights sera le tout premier réseau d’infrastructures de transport et de stockage destiné à recevoir du CO2 de source industrielle provenant de différents pays.

Le CO2 capté sera transporté jusqu’à un terminal de stockage temporaire situé sur la côte ouest de la Norvège, puis acheminé par pipeline sous-marin jusqu’à un site de séquestration géologique situé sous le fond de la mer du

NORTHERN LIGHTS

CO2 liquéfié

Nord. Le stockage temporaire du gaz liquéfié sert à maintenir dans le pipeline et sous le fond marin un débit constant bien préférable à une alimentation par à-coups.

Chaîne de valeur du CSC maritime proposé, de l’émission au stockage sous-marin.

La première phase du projet a démarré avec la construction de deux transporteurs spécialement conçus de 130 m de long et contenant jusqu’à 7 500 m3 de CO2. Ils transporteront le CO2 capté et liquéfié par différents émetteurs industriels vers le terminal de stockage, d’où il sera acheminé par un pipeline sous-marin d’une centaine de kilomètres jusqu’à son site de séquestration permanente situé à 2 600 m sous le fond de la mer. Cette phase vise à y stocker graduellement jusqu’à un million et demi de tonnes de CO2 par an, soit la capacité de transport annuelle des deux navires.

Rôle essentiel du nickel Comme il existe très peu de navires spécialement destinés au transport du CO2, les ingénieurs ont dû s’entendre avec les sociétés de classification sur le matériau à utiliser pour construire les citernes sous pression des deux bâtiments du projet Northern Lights. Il fallait qu’il soit facile à façonner et capable

NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021 | 11

de supporter haute pression et basse

type DNV 450 FPDS (semblable à

température. Le choix s’est porté sur une

l’API 5L X65) contenant 0,50 % de

épaisseur de 50 mm d’acier pour service

nickel. Avec une épaisseur d’environ

sous pression de nuance P690QL2

16 mm sur la plupart de la longueur,

(EN 10028-6 numéro 1.8888), contenant

cela représente environ 13 000 tonnes

jusqu’à 2,50 % de nickel. Chaque navire

d’acier contenant 65 tonnes de nickel.

intègre deux citernes sous pression fonctionnant à -26 °C sous 15 bars, à bonne distance de sécurité du point triple. Cela représente environ 3 000 tonnes d’aciers contenant 75 tonnes de nickel.

assemblage de petits tubes annexes, regroupés en un faisceau dit « ombilical », qui contiennent les fluides de commande hydraulique des vannes

comprend en outre :

ainsi que d’autres produits chimiques.

• Pour le stockage temporaire, 12 citernes

Avec seulement 1,42 mm d’épaisseur

sous pression totalisant une capacité

de paroi, ces tubes difficiles d’accès

de 8 250 m3. Ces enceintes sous

doivent résister à l’eau de mer. Leur

pression à basse température

résilience est assurée par l’acier inoxy-

nécessitent aussi du nickel. Le parc

dable super duplex de nuance 2507

de citernes représente 2 000 tonnes

(S32750). Un faisceau ombilical de

d’acier pour service sous pression

35 km regroupant quatre tubes en

de nuances P460ML1 (EN 10028-5)

acier 2507 contient environ 10 tonnes

et P355NL1 (EN 10028-3) contenant

de nickel.

jusqu’à 0,50 % de nickel.

Selon le modèle du projet Northern

• Un pipeline de 100 km de long et

Lights, le CSC commencera d’ici 2024.

de 324 mm de diamètre extérieur

L’emploi de matériaux contenant 150

maintenant le CO2 en phase liquide,

à 200 tonnes de nickel donne ainsi

autrement dit, là aussi, sous pression

le moyen de capter et de séquestrer

à basse température. Il s’étend sur le

1,5 million de tonnes de CO2 par an. Il

fond marin jusqu’au site où le CO2 est

est clair que le nickel joue un rôle clé

injecté dans des couches géologiques

dans la réalisation des objectifs du CSC

situées 2,6 km sous ce fond. Il est

et d’autres technologies en matière de

constitué de tubes de conduite de

changements climatiques.

PROJET NORTHERN LIGHTS Site de séquestration géologique au fond de la mer du Nord

Transport et stockage assurés par le consortium Northern Lights NORTHERN LIGHTS

de pipeline sous-marin nécessite un

La chaîne de valeur du CSC

Le CO2 émis par des installations du sud-est de la Norvège sera transporté par navire vers un parc de stockage temporaire, puis acheminé par pipeline jusqu’à un site de séquestration situé au fond de la mer du Nord.

12 | NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021

• L’exploitation d’une telle longueur

Stockage temporaire au Naturgassparken, près de Bergen Centrale à incinérateur de déchets Fortum Oslo Varme

Norvège

Cimenterie Norcem

ALLIAGES À BASE DE NICKEL DE LA SÉRIE C : DES MATÉRIAUX INFATIGABLES L’aube des années 1930 a vu naître le premier alliage Ni-Cr-Mo, dit « alliage C » (UNS N10002), conjuguant de manière optimale les avantages des alliages Ni-Cr, avec leur bonne résistance aux acides oxydants tels que l’acide nitrique, et ceux des alliages Ni-Mo, avec leur résistance supérieure aux acides réducteurs tels que l’acide chlorhydrique. Cette combinaison ouvrait la voie à une lignée d’alliages offrant une exceptionnelle résistance à la corrosion dans un vaste éventail de milieux corrosifs PENTICTON FOUNDRY

rigoureux souvent rencontrés en génie chimique et pétrochimique, dépassant ainsi celle des aciers inoxydables, découverts en 1913.

Au milieu des années 1960, les progrès

sulfureux des centrales thermiques à

conjoints des techniques de fonderie (à

charbon du pays. Ces laveurs devaient

savoir la mise au point de la décarbura-

résister aux acides corrosifs produits par

tion par l’argon-oxygène) et des sciences

les gaz de combustion. L’alliage C-276 a

de la corrosion (connaissance de l’effet

servi à bon nombre de ces usages

des ajouts d’éléments mineurs) ont

essentiels. C’est aussi à cette époque

débouché sur la création de l’alliage C-276

qu’est né l’alliage C-4 (N06455), conçu

(N10276), une version corroyée de

pour l’industrie chimique européenne.

l’alliage C à faible teneur en carbone et en

Le début des années 1980 a vu apparaître

silicium. Cet alliage est aujourd’hui usuel en génie chimique et pétrochimique.

l’alliage 22, dont la plus forte teneur en chrome accroît la résistance à la corro-

La loi américaine sur la qualité de l’air

sion en milieu oxydant. Il a été suivi dans

(Clean Air Act) de 1970 a entraîné

les années 1990 par les alliages 59

l’adoption généralisée des techniques de

(N06059), 686 (N06686) et C-2000®

désulfuration des gaz de combustion,

(N06200), qui ont apporté des gains de

surtout sous la forme de laveurs de gaz,

résistance à la corrosion élargissant

afin de réduire les émissions de gaz

l’éventail des usages plus exigeants.

Composition type des alliages de la série C Alliage

(UNS)

Époque d’apparition

Ni

Cr

Mo

W

Cu

Fe

C

(N10002)

Années 1930

restant

16

16

4

-

6

C-276

(N10276)

Années 1960

restant

16

16

4

-

5

C-4

(N06455)

Années 1970

restant

16

16

-

2

22

(N06022)

Milieu des années 1980

restant

21

13

3

-

3

59

(N06059)

Début des années 1990

restant

23

16

-

-

<1

686

(N06686)

Début des années 1990

restant

21

16

4

-

2

C-2000

(N06200)

Milieu des années 1990

restant

23

16

-

1,6

2

90 ans après l’apparition de l’alliage C, les alliages à base de nickel de la série C s’utilisent largement dans de nombreux domaines tels que dépollution, génie chimique et pétrochimique, production de différents acides, transformation des métaux et industrie pharmaceutique.

NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021 | 13

Le saviez-vous ?

Les experts du Nickel Institute répondent à vos questions

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/

Q R

Question : Les garde-corps extérieurs de notre immeuble présentent des taches de rouille après deux ou trois ans. A-t-on utilisé la mauvaise

nuance d’acier inoxydable ?

Réponse : Il s’agit probablement de corrosion atmosphérique liée à la présence

de sels. Elle s’observe souvent en zone littorale, dans les municipalités utilisant des sels de voiries ou, plus généralement, lorsque les conditions locales (température,

humidité relative, présence de substances corrosives sur les surfaces) sont trop

rigoureuses pour la nuance d’acier inoxydable telle qu’elle est installée. Le risque

de taches est plus élevé sur les surfaces abritées de la pluie (notamment par les avant-toits) où l’absence de rinçage favorise la concentration des substances corrosives. En outre, les surfaces horizontales et rugueuses retiennent mieux ces substances, à la différence des surfaces lisses et s’égouttant bien, qui sont moins vulnérables à la corrosion.

L’inox de nuance 304L (UNS S30403) convient le plus souvent à distance du littoral

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/

ment l’affaire, quoique certaines régions côtières puissent nécessiter des nuances plus résistantes à la corrosion comme les alliages 2205 (S32205) et super duplex (S32750 ou S32760).

Un alliage inoxydable adéquat nécessite peu d’entretien, mais il n’est pas toujours sans entretien. Le rinçage par la pluie peut suffire, mais dans certains cas un lavage manuel s’impose.

La question des taches de rouille

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

est traitée plus en détail dans la

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tulée Stainless Steels in Architecture,

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Building and Construction –

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publication du Nickel Institute inti-

Guidelines for Corrosion Prevention (11 024), disponible en téléchargement depuis la page suivante : nickelinstitute.org/library

14 | NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021

TIRÉ DE LA PUBL. 11 024 PAR TMR

LIGNE EN

NICKEL

et en l’absence de sels de voirie. Autrement, la nuance 316L (S31603) fait générale-

Nouvelles publications La publication intitulée Stainless steel

partir d’études de cas choisies de par le

infrastructure : a lifetime of savings

monde, elle montre que le coût du cycle

(Infrastructure en acier inoxydable : tout

de vie d’un bien en acier inoxydable

un cycle de vie d’économies) explique

peut être très avantageux, et ce malgré

comment les propriétés exceptionnelles

un coût initial plus élevé que celui des

de l’acier inoxydable au nickel en font un

options moins durables. Ce document est

choix de matériau rentable dans un large

disponible en téléchargement sur le site

éventail d’applications structurales. À

du Nickel Institute : nickelinstitute.org

Actualisation des publications d’Inco Le Nickel Institute a actualisé et republié 28 publications techniques importantes initialement créées par l’entreprise canadienne Inco, après en avoir assuré la maintenance. Elles sont désormais distribuées en version numérique améliorée et leur contenu peut faire l’objet d’une recherche en texte libre. Les publications originales ont été rédigées par des experts des différents domaines traités et apportent des renseignements

toujours très actuels. Leur contenu technique de haute tenue aidera les praticiens à employer les matériaux au nickel en toute confiance pour tirer parti de leurs avantages dans une vaste palette d’utilisations. Intéressantes pour les soudeurs, chaudronniers, métalliers, ingénieurs et rédacteurs de cahiers des charges, ces publications sont disponibles en téléchargement gratuit sur le site du Nickel Institute. nickelinstitute.org

Codes UNS UNS

AST 19 FC ELOICK IN-5 CE-N L EATNM EEH TAIU T M S S I O M S ESB S IU ION EELING AND CRHER STIN S GCH MA G YSISAND INNLIO RTOIN LEYRG T INNI LEMACHINING O ADIN STA R L-RE CEOSRIS IN SA IN GRINDING NI-RESIST GRR EL IELS EKER TO N CTILE RTD AETNUGNAIC T ATES AN P — LDU AND DUCTILE T IN NG W PRSOTEELSP SIS -RE E NI E E UTHE US NI-RESIST RRI THTO S OTH SE USE E TUOIDE ID LOEYTO CCU LL Y

O

IDL G ALGGU AL G A 2 EAL YS USE THE 3LO TIGCUA TIC 6O 4G38TO GUID ININ AL 2 O 1IN TA INANINCTIC ACLPR AC PRA ICAA PR AO PRACTICAL GUIDE TO NIN C OYSUSE N TA 08THE NA L-TCK 11ALL AACT ICCKOENI EL-CON NONG EL-CONTAINI A PR IC OF NICKEL-CONTAINING OFKENL-OF OF NICK 242 NO ALLOYS N F O NO 242

ed by ribut ELd by Dist NICK bute Distri ITUTEKEL NIC dE by INST trib by UT Dis TITute uced d by INS NICKEL ProdProduce uted TEby by Distrib ed CO INSTITU O duc IN INCPro NICKEL ed by O Produc Distributed INC INSTITUTEby Produced by INCO NICKEL INCO INSTITUTE

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

Al

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

V

W

N01555 p. 5

-

0,07 max.

0,05 max.

0,01 max.

0,01 max.

0,05 max.

-

-

-

0,025 max.

54,0 à 57,0

-

-

-

restant

-

-

N06022 p. 7

-

0,015 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.

0,02 max.

0,08 max.

-

0,35 max.

2,5 à 3,5

N06625 p. 7

0,40 max.

0,10 max.

-

20,0 à 23,0

5,0 max.

0,50 max.

8,0 à 10,0

3,15 à 4,15

restant

0,015 max.

0,015 max.

0,50 max.

0,40 max.

S17400 p. 7

-

0,07 max.

-

15,00 à 17,50

3,00 à 5,00

restant

1,00 max.

-

-

0,15 à 0,45

3,00 à 5,00

0,040 max.

0,030 max.

1,00 max.

S20910 p. 8

-

0,06 max.

-

20,5 à 23,5

-

restant

4,00 à 6,00

1,50 à 3,00

0,20 à 0,40

0,10 à 0,30

11,5 à 13,5

0,040 max.

0,030 max.

0,75 max.

-

0,10 à 0,30

-

S30400 p. 2, 8

-

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. 14

-

0,030 max.

-

18,0 à 20,0

-

restant

2,00 max.

-

-

-

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

-

-

S31254 p. 7

-

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.

-

-

-

S31603 p. 5, 7, 14

-

0,030 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.

-

-

-

S32205 p. 14, 16

-

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.

-

-

-

S32304 p. 2

-

0,030 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.

-

-

-

S32750 p. 12, 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.

-

-

-

S32760 p. 14

-

0,030 max.

-

24,0 à 26,0

0,50 à 1,00

restant

1,00 max.

3,0 à 4,0

0,20 à 0,30

-

6,0 à 8,0

0,030 max.

0,010 max.

1,00 max.

-

-

0,50 à 1,00

S41500 p. 8

-

0,05 max.

-

11,5 à 14,0

0,50 à 1,00

restant

-

0,50 à 1,00

-

-

3,5 à 5,5

0,030 max.

0,03. max.

0,60 max.

-

-

-

NICKEL, VOL. 36, Nº 2. 2021 | 15

LE CENTRE DU ROI ABDELAZIZ POUR LA CONNAISSANCE ET LA CULTURE

© SNØHETTA

Situé à Dhahran, en Arabie saoudite, le Centre du roi Abdelaziz pour la connaissance et la culture a été conçu par les architectes du cabinet norvégien Snøhetta et inauguré en 2017. Ressemblant à cinq rochers lisses entassés pêle-mêle, ce complexe culturel spectaculaire héberge bibliothèques, locaux d’enseignement, salles d’exposition, théâtres, musées et lieux de restauration, ainsi qu’une mosquée.

Le sous-sol du centre abrite une exposition consacrée au pétrole, fondement historique de la prospérité économique du royaume saoudien. Au rez-de-chaussée, l’histoire fait place au présent dans un Grand Hall qui met en vedette le meilleur des expériences culturelles du monde. Puis les étages de la tour de la Connaissance, haute de 90 m, invitent à envisager le futur.

Les structures en forme de rochers sont enrobées de tubes d’acier inoxydable faiblement espacés formant un voile autour des panneaux étanches du bâtiment.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.36,36,Nº 2.

Nº 2.2021 2021

Les structures en forme de rochers sont enrobées de tubes d’acier inoxydable faiblement espacés formant un voile autour des panneaux étanches du bâtiment.

Fabriqués par l’entreprise allemande Seele, ces tubes de 7,6 mm de diamètre et 2 mm d’épaisseur de paroi sont en acier inoxydable duplex 2205 (UNS S32205). Cet alliage à 5,5 % de nickel a été sélectionné pour son excellente robustesse, sa ductilité, sa résistance durable à l’abrasion et à la corrosion

et son aspect propre et net. Chacune des quelque 93 000 sections de tube est unique et a été courbée selon sa position précise au moyen d’une machine pilotée par ordinateur. Disposées bout à bout,leur longueur totale atteindrait les 360 km, et le tout pèse plus de 1000 tonnes. Ces tubes contribuent à climatiser l’ensemble en protégeant les surfaces extérieures du soleil et en évacuant la chaleur par réflexion et par conduction.