NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

Le pouvoir du nickel Catalyser la conversion des matières Une solution nickel pour grasses en diesel renouvelable transporter le gaz naturel liquéfié

Le potentiel de l’hydrogène vert réalisé avec l’acier inoxydable

© MORLEY VON STERNBERG

ÉTUDE DE CAS 27 VERRIÈRE D’ENTRÉE DE LA LIGNE ELIZABETH À LA GARE DE PADDINGTON

AXEL DELL'ORTO

La gare londonienne de Paddington vient de connaître sa plus grande transformation depuis son inauguration en 1853 avec l’ajout d’une superbe verrière de 120 mètres de long placée à 8 mètres au-dessus du sol.

L’acier inoxydable poli miroir de la charpente semble flotter au-dessus des quais.

Emplacement : Entrée de la ligne Elizabeth à la gare de Paddington (Londres).

Fabricant des pannes en acier inoxydable : Montanstahl Ingénierie des structures : Ramboll Architecte : Weston Williamson + Partners Poids de l’acier inoxydable : 56 tonnes Dimensions des pannes : 300 mm de haut, 100 mm de large et 8 mm d’épaisseur

NICKEL, VOL. VOL. 38, 38, Nº Nº 1.

1. 2023 2023 22 || NICKEL,

L’une des plus grandes œuvres d’art jamais réalisées à Londres, la verrière repose sur une charpente constituée de cadres en acier au carbone peint espacés d’environ 6 mètres et de 180 pannes en acier inoxydable de nuance 316L (UNS S31603) reliant les poutres des cadres. Ces pannes supportent 220 panneaux de verre sur mesure pesant chacun plus d’une tonne. Elles ont été choisies en grande part pour leur poli miroir, qui se fond admirablement dans les motifs de formations nuageuses imprimés sur le toit vitré, le tout constituant une œuvre du célèbre artiste Spencer Finch intitulée A Cloud Index.

Vu les contraintes architecturales, la fabrication des pannes devait répondre à un cahier des charges rigoureux s’agissant des tolérances géométriques, du fini de surface et de la qualité des soudures. Les pannes sont constituées de profilés caissons

sur mesure soudés au laser dont les âmes font saillie de 25 mm au-delà de la semelle inférieure et dont les semelles inférieure et supérieure ont été raccourcies de 80 mm à chaque extrémité de manière à faciliter le raccordement aux poutres en acier au carbone. Les extrémités des pannes ont été raccordées aux poutres en acier au carbone par des plaques d’assemblage boulonnées à chaque âme au moyen de boulons à tête fraisée. Des plaques de renfort en acier inoxydable de 10 mm d’épaisseur ont été soudées sur la face intérieure des âmes des profilés caissons pour renforcer l’assemblage aux poutres d’acier au carbone.

La verrière baigne de lumière naturelle un espace situé à 25 mètres en sous-sol et ravit les voyageurs par sa parure de nuages inédite, dont l’aspect évolue avec la lumière, la météo et l’heure de la journée.

ÉDITORIAL LE POUVOIR DU NICKEL Le Dictionnaire de l’Académie française (9e édition) définit le pouvoir comme la « faculté, capacité de faire, d’accomplir une tâche » et, en physique, comme une « propriété déterminée que possède une substance dans des conditions données ». Ce numéro de Nickel examine le pouvoir des propriétés exceptionnelles du nickel à agir au cœur des technologies essentielles à la réduction des émissions de carbone.

L’hydrogène vert est l’une de ces technologies promises à un bel avenir. Les propriétés particulières de l’hydrogène imposent d’employer des matériaux répondant à des exigences rigoureuses pour sa production, son stockage, son transport et son utilisation. Les pages de ce numéro illustrent comment les aciers inoxydables au nickel se montrent à la hauteur dans ce domaine et font découvrir le pouvoir des catalyseurs au nickel, ces derniers jouant un rôle indispensable dans le procédé de production du diesel renouvelable, dont la combustion émet beaucoup moins de carbone que les carburants dérivés du pétrole. Le pouvoir du nickel intervient aussi dans le transport des gaz liquéfiés, qui permet de distribuer ces sources d’énergie moins polluantes, mais nécessite le maintien de températures extrêmement basses.

Les nombreux guides techniques du Nickel Institute, disponibles gratuitement, font le tour des propriétés et utilisations des matériaux au nickel et des techniques industrielles performantes qu’ils rendent possibles dans presque tous les secteurs.

Cette vaste collection a été largement actualisée au cours des trois dernières années pour que les ingénieurs, rédacteurs de cahiers des charges et autres utilisateurs puissent exploiter le pouvoir du nickel en toute confiance et avec succès. L’un des plus appréciés de ces guides porte sur le nickelage et sa deuxième édition est parue récemment (voir page 15).

La vaste collection de guides techniques du Nickel Institute expose le pouvoir du nickel dans nombre de ses utilisations. Ces publications gratuites sont disponibles en téléchargement sur www.nickelinstitute.org

Le Nickel Institute a pour vocation de partager le savoir, et comme chacun sait, le savoir, c’est le pouvoir.

Clare Richardson Rédactrice en chef

NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023 | 3

02

Étude de cas 27 Verrière d’entrée de la ligne Elizabeth

03

Éditorial Le pouvoir du nickel

04

En bref

06

Diesel renouvelable

NICKEL

E N B R E F

SOMMAIRE

Un carburant issu des matières grasses

08

Transport des gaz liquides Les tuyauteries à isolation sous vide

11

Superalliages au nickel Le pouvoir de propulser

12

Extraire l’énergie de l’eau de mer

Potentiel de l’hydrogène vert Réalisé avec l’acier inoxydable au nickel

14

Le saviez-vous ?

15

Nouvelles publications

15

Codes UNS

16

Un jardin clos chatoyant Le Harvey Theater de l’Académie RMIT (INSTITUT ROYAL DE TECHNOLOGIE DE MELBOURNE)

de musique de Brooklyn

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Nancy Baddoo, Gary Coates, Steve Deutsch, Ursula Herrling-Tusch, Richard Matheson, Francisco Meza, Geir Moe, Kim Oakes, 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 Photos de banques d’images : déchets de matières grasses dans la production de carburant en laboratoire, iStock©Sinhyu (couverture) ; iStock©onurdongel (p. 3) ; iStock©peterschreiber.media (p. 5) ; iStock©Ratchat (p. 6) ; iStock©kynny (p. 11) ; iStock©newannyart (p. 13).

4 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

Déterminés à produire de l’hydrogène vert à partir d’eau de mer de manière très efficace et peu coûteuse, des chercheurs du RMIT (Institut royal de technologie de Melbourne, en Australie) ont fait la démonstration d’une nouvelle méthode présentant un grand potentiel. Leur dispositif utilise un nouveau catalyseur constitué de feuilles de phosphure de nickel-molybdène dopé à l’azote (NiMo3P).

Ce nouveau catalyseur permet d’extraire l’hydrogène de l’eau de mer en laboratoire de manière extrêmement efficace tout en résistant à la corrosion et sans produire de chlore. Quand l’hydrogène ainsi extrait alimente une pile à combustible sur place, celle-ci émet une eau dessalée. Selon l’équipe de recherche, le système sera facile à produire à plus grande échelle et sa commercialisation devrait être rentable. Pourquoi l’eau de mer ? Parce qu’elle est plus abondante que l’eau douce et ne coûte rien.

La pandémie de COVID-19 a incité un groupe de recherche japonais à mettre au point un appareil autonome sans pile capable non seulement de détecter plus vite la présence de virus dans l’air ambiant, mais aussi de transmettre cette information sans fil.

Fumio Narita, chercheur à l’Université du Tōhoku, explique que « l’appareil utilise une plaque magnétostrictive composée de fer, de cobalt et de nickel qui produit de l’énergie au moyen de la magnétisation alternative résultant des vibrations ». Une plaque de 0,2 mm d’épaisseur constituée d’une feuille d’alliage fer-cobalt accolée à une feuille de nickel a été couplée à un circuit redresseur-accumulateur recueillant l’énergie des vibrations de flexion pour alimenter la transmission sans fil de l’information. L’équipe a ensuite créé la couche de bioreconnaissance, en choisissant de se concentrer sur le coronavirus humain 229E (HCoV-229E).

Des nanomatériaux améliorant le rendement énergétique UNSW (UNIVERSITÉ DE NOUVELLE-GALLES DU SUD) À SYDNEY

Accélérer la détection des virus

« Dans le futur, en apportant des modifications à la couche de bioreconnaissance, nous espérons poursuivre le développement de notre dispositif pour voir s’il s’applique à d’autres virus, tels que ceux du MERS, du SRAS et de la COVID-19 », a indiqué Fumio Narita.

Des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney (Australie) ont mis au point un nouveau moyen de produire de minuscules matériaux 3D susceptibles d’améliorer le rendement des piles à combustible.

Ils ont fait la démonstration d’une technique inédite utilisant la synthèse chimique pour construire des composés complexes à partir de composés plus simples. En cultivant des branches de nickel de structure cristalline hexagonale sur des noyaux de structure cristalline cubique, ils ont créé des structures hiérarchisées 3D mesurant

Une solution en or L’un des moyens les plus efficaces de relever le défi des changements Fermeture du cycle du carbone pour mettre un coup d’arrêt aux changements climatiques

RISHI VERMA ET VIVEK POLSHETTIWAR

Électrons chauds

Or noir plasmonique chargé de nickel Nanosilice fibreuse dendritique

climatiques pourrait bien être l’hydrogénation du CO2. Des chercheurs du Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) de Bombay ont fait récemment la démonstration d’un procédé utilisant de l’or noir chargé de nickel, de l’énergie solaire et de l’hydrogène vert pour convertir le CO2 en une source de combustible utile. L’étude a validé le rendement catalytique exceptionnel de l’or noir plasmonique chargé de nickel ; elle pourrait ainsi conduire à la mise au point d’une méthode durable d’hydrogénation du CO2 et contribuer à l’élaboration de techniques de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

10 à 20 nanomètres environ. Selon les auteurs de l’étude, Richard Tilley et Lucy Gloag, « ces nouvelles nanostructures 3D sont conçues pour exposer un plus grand nombre d’atomes au milieu de réaction, ce qui peut améliorer le rendement et l’efficacité de la catalyse pour la conversion énergétique ». Dans une batterie ou une pile à combustible, la plus grande surface de catalyseur améliore l’efficacité de la réaction utilisant l’hydrogène pour produire de l’électricité. Employés comme catalyseur, ces nanomatériaux réduisent les coûts, car la réaction en nécessite moins. Cette étude, publiée dans la revue Science Advances, constitue un pas en avant vers une production d’énergie plus durable et une réduction de la dépendance aux combustibles fossiles.

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DIESEL RENOUVELABLE UN CATALYSEUR AU NICKEL PROMET DE CONVERTIR LES MATIÈRES GRASSES EN CARBURANT Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la demande de carburants renouvelables de vrait augmenter rapidement au cours des prochaines années. Ste ve Deutsch, du groupe Catalyst, explique le rôle des catalyseurs au nickel et le potentiel des carburants renouvelables.

L’utilisation croissante du biodiesel pour parer à l’épuisement des combustibles fossiles et lutter contre les changements climatiques entraîne une intensification de la recherche sur les catalyseurs rentables et performants de type nickelalumine, qui sont essentiels au procédé de production de ce carburant. À l’heure actuelle, les carburants renouvelables les plus courants sont de loin l’éthanol (produit à partir de maïs aux États-Unis et de canne à sucre au Brésil) et le biodiesel (produit par transestérification des huiles végétales).

L’éthanol et le biodiesel souffrent tous deux de contraintes de mélange limitant leur utilisation, ainsi que d’une moindre teneur énergétique par rapport à l’essence ou au diesel dérivés du pétrole. Le diesel renouvelable (DR) est produit par hydrotraitement des huiles végétales et des déchets de matières grasses, selon un procédé très semblable à ceux utilisés dans les raffineries pétrolières. Le carburant Le diesel renouvelable (DR) est produit par hydrotraitement des huiles végétales et des déchets de matières grasses, selon un procédé très semblable à ceux utilisés dans les raffineries pétrolières.

d’aviation durable (CAD), chimiquement apparenté au diesel renouvelable, s’obtient par différents procédés, y compris l’hydrotraitement des huiles végétales lorsque leur composition chimique répond à certains critères. Le diesel renouvelable répond pleinement aux normes usuelles des carburants diesel, de sorte qu’il peut s’utiliser sans mélange, contrairement au biodiesel.

6 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

Une moindre intensité carbone Le diesel renouvelable s’obtient à partir de différentes huiles, le plus souvent celles de colza, de soja ou de palme.

Il est aussi possible d’utiliser du suif de bœuf ou des déchets de matières grasses. Vu que l’emploi de sources de subsistance dans la production des carburants suscite des inquiétudes, on envisage aussi d’utiliser des huiles moins communes comme celles de caméline et de jatropha. L’intensité carbone des carburants diesel renouvelables varie selon la source et les méthodes de traitement employées, mais elle est estimée à environ 30 % de celle du diesel de pétrole. La principale raison d’adopter les carburants diesel renouvelables est bien de réduire les émissions de CO2, mais ils présentent aussi d’autres avantages. En général, le diesel renouvelable ne contient guère qu’une partie par million de souffre, contre 10 à 15 pour le diesel de pétrole (selon les normes les plus courantes), si bien qu’il peut être mélangé à ce dernier pour réduire sa teneur en soufre. L’indice de cétane du diesel renouvelable se situe entre 70 et 90, contre un indice minimum de 40 aux États-Unis et de 49 en Europe. La combustion des carburants à forte teneur en cétane produit moins de résidus, ce qui rend la régénération des filtres à suie plus facile et moins fréquente tout en réduisant la consommation et les coûts d’entretien. La fabrication

1

2

3

4

5

STATION DIESEL RENOUVELABLE

HUILE VÉGÉTALE DIESEL

du diesel renouvelable commence par

d’alumine. Le nickel fonctionne bien

un prétraitement des huiles destiné à

pour saturer les liaisons doubles et

éliminer les contaminants métalliques

pour activer l’élimination de l’oxygène.

qu’elles peuvent contenir ainsi que tout

À l’étape d’isomérisation, on utilise

acide résultant de leur rancissement.

aussi des zéolithes et autres tamis

L’huile passe ensuite par une unité

moléculaires imprégnés de nickel

d’hydrotraitement (comme dans le

pour remplacer économiquement les

cas du pétrole) qui décompose les

catalyseurs au platine ou au palladium.

triglycérides et élimine l’oxygène en hydrogénant les liaisons non saturées et en craquant les molécules complexes en plus petits composés. Enfin, l’huile hydrotraitée est isomérisée afin d’améliorer les propriétés d’écoulement à froid du carburant diesel pour qu’il réponde aux normes (figure 1). Ce

Un essor rapide Selon l’AIE, la production mondiale de diesel renouvelable n’était que de 170 000 barils par jour en 2021, mais devrait atteindre 420 000 à 600 000 barils par jour d’ici 2027. De même, la production de CAD n’était que de 2 500 barils par jour en 2021, mais devrait atteindre

procédé produit principalement du

1 à 2 % de la demande mondiale, soit

propane et du diesel renouvelables, les fractions les plus lourdes devenant du carburant d’aviation durable et les plus légères étant converties en essence renouvelable (figure 2).

1. Huiles végétales et déchets de matières grasses : matières premières de la raffinerie.

2. Prétraitement : élimination des contaminants.

3. Hydrocraquage et désoxygénation : procédés semblables à ceux des raffineries de combustibles fossiles.

4. Isomérisation : dernière étape de l’obtention d’un carburant diesel de qualité.

5. Diesel renouvelable : biocarburant avancé de haute qualité convenant à tous les moteurs diesel.

75 000 à 150 000 barils par jour, d’ici 2027. Dans nombre de pays, les pouvoirs publics imposent désormais l’emploi de carburants renouvelables, de sorte que l’augmentation de la demande de tels

Des catalyseurs au nickel

carburants accroît mécaniquement la

Les catalyseurs servant à l’hydrotraite-

demande de catalyseurs au nickel, qui

ment de l’huile végétale sont le nickel

sont indispensables aux procédés de

et le nickel-molybdène sur support

raffinage requis.

Catalyseur au nickel

Huile végétale + hydrogène (triglycéride) Saturation

et craquage

Diesel renouvelable + CAD

Figure 1. Schéma de procédé du diesel renouvelable

Catalyseur au nickel Isomérisation

Acides gras + propane Catalyseur au nickel Hydrocraquage et désoxygénation

Hydrocarbures plus légers + monoxyde de carbone + eau

Figure 2. Étapes chimiques de l’hydrotraitement des huiles végétales dans la production du diesel renouvelable.

Il est important de noter que le Nickel Institute ne souscrit à aucune prévision ou déclaration prospective particulière, notamment, de façon non limitative, quant à savoir quel usage précis progressera ou se développera dans l’avenir. Ces informations étant mises à la disposition du public par un tiers, les lecteurs souhaitant les utiliser ou les citer sont priés de les attribuer à leur source originale et non pas au Nickel Institute.

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TUYAUTERIES À ISOLATION SOUS VIDE LA SOLUTION NICKEL POUR TRANSPORTER LES GAZ LIQUÉFIÉS Les tuyauteries à isolation sous vide permettent de transporter les gaz liquéfi és à des températures bien en dessous de 0 °C et contribuent ainsi à la transition énergétique.

Nickel et tuyauteries à isolation

CRYOSPAIN

Le soutage en gaz naturel liquéfi é consiste à avitailler un navire en GNL devant servir de combustible pour la consommation du bord. Dans le cas d’un soutage à quai, l’avitaillement en GNL se fait à partir d’un terminal terrestre au moyen d’une tuyauterie à isolation sous vide.

8 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

que le gaz naturel liquéfié (GNL) s’est

sous vide

avéré une source d’énergie moins

Les changements climatiques nous

polluante que le pétrole pour pro-

obligent à réduire nos émissions de

duire de l’électricité ou de la chaleur.

carbone. Les combustibles n’émettant

Cependant, la production, le transport

pas de dioxyde de carbone, comme

et l’utilisation de ces vecteurs énergé-

l’hydrogène et l’ammoniac, constituent

tiques de remplacement nécessitent

des solutions de remplacement, tandis

de les liquéfier. Dans le cas du GNL, la

SCHWANNER GMBH

liquéfaction se produit à très basse

Ce système industriel fait appel aux

température. Une fois les gaz refroidis

aciers inoxydables au nickel pour les

et liquéfiés, ils doivent rester liquides

tuyaux internes et externes ainsi que

tout au long du stockage, du transport

pour les vannes, bagues d’écartement et

et de l’avitaillement. Pour cela, il est

soufflets de compensation nécessaires,

indispensable de les isoler du milieu

car ils permettent au matériel de

ambiant.

maintien du froid de fonctionner dans

C’est là qu’intervient le nickel. Les

une plage de températures étendue.

aciers inoxydables au nickel possèdent de nombreuses propriétés intéressantes. Ductiles et résistants même à basse température, ils constituent un choix idéal dans les réseaux de trans-

Les tuyauteries à isolation sous vide servent à transporter le GNL, ainsi que l’hydrogène, l’argon, l’azote, l’oxygène et l’hélium sous forme liquide. L’isolation

Les tuyaux à isolation sous vide sont fabriqués à partir de deux tubes coaxiaux, le plus souvent en acier inoxydable au nickel : un tube interne dans lequel circule le gaz liquéfié et un tube externe servant d’enveloppe à la couche de vide isolante.

Les tuyaux interne et externe sont séparés par des bagues d’écartement en matériaux à très faible conductivité thermique. Les tuyauteries à isolation sous vide constituées de tubes d’acier inoxydable à double paroi peuvent être préassemblées en usine, ce qui fait économiser du temps et des dépenses.

sous vide des conduites présente de

port des gaz liquéfiés.

nombreux avantages par rapport aux

Fonctionnement de l’isolation

méthodes traditionnelles (utilisant

sous vide

par exemple de la mousse). Le premier

Dans une tuyauterie à isolation sous

est une amélioration du rendement

vide, le gaz liquéfié circule dans un

frigorifique du système, qui réduit les

tuyau interne lui-même enveloppé par

coûts d’exploitation. Le deuxième est

un tuyau externe. L’espace entre ces

le gain d’espace : les systèmes à deux

deux tuyaux est dépressurisé de

parois séparées par un vide isolent si

manière à ne plus contenir ni air ni

efficacement qu’ils ne peuvent être

autre conducteur thermique et à former

égalés que par application de plusieurs

ainsi une enveloppe de vide empêchant

couches de matériaux de type mousse,

toute perte de chaleur par conduction.

et donc par accroissement du diamètre

NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023 | 9

extérieur. En outre, lorsqu’un système à double enceinte s’impose pour des raisons de sécurité, les deux tuyaux Les tuyauteries à isolation sous vide servent à transporter le GNL, ainsi que l’hydrogène, l’argon, l’azote, l’oxygène et l’hélium sous forme liquide.

coaxiaux répondent déjà à ce besoin. En cas de fuite du tuyau interne, le tuyau externe constitue une deuxième enceinte limitant les risques. Les tuyaux à isolation en mousse n’off rent pas un tel avantage et nécessitent une tranchée de sécurité en béton, ce qui fait augmenter les coûts. Les tuyauteries à isolation sous vide constituées de tubes d’acier inoxydable à double paroi peuvent être préassemblées en usine.

Avec les systèmes d’isolation traditionnels, la tuyauterie doit être montée sur place et il faut bien veiller à maintenir la couche d’isolation intacte. Pour ces raisons, les tuyauteries à isolation sous vide peuvent se monter en deux fois moins de temps. Enfi n, alors que l’isolation par matériaux de type mousse ne dure qu’une dizaine d’an-

Un élément essentiel des systèmes de soutage et de rechargement en GNL Le soutage consiste à approvisionner un navire en GNL devant servir de combustible pour la consommation du bord (depuis un terminal à quai, un navire avitailleur ou des camionsciternes). Le rechargement consiste quant à lui à approvisionner un navire (de transport en vrac) ou un camion (portant un conteneur-citerne normalisé) en GNL destiné à l’usage industriel ou à la production d’électricité (depuis un réservoir de stockage terrestre).

Dans une infrastructure de soutage ou de rechargement, les tuyauteries à isolation sous vide raccordent la source de GNL à sa destination. Grâce à sa grande efficacité d’isolation, ce système permet aussi de regazéifier le gaz liquéfié pendant le transfert.

Les tuyauteries à isolation sous vide : Une solution vraiment nickel !

nées, les tuyauteries à isolation sous vide en acier inoxydable sont destinées à durer au moins 20 ans.

Gourde isotherme en acier inoxydable double paroi à vide

Intérieur : acier inoxydable 304 Vide Extérieur : acier inoxydable 304

10 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

GOURDE ISOTHERME ARSLO EN ACIER INOXYDABLE À DOUBLE PAROI

L’emploi des aciers inoxydables au nickel pour l’isolation sous vide ne se limite pas aux systèmes industriels. En fait, certaines gourdes à eau actuelles utilisent le même principe. Les gourdes isothermes à vide sont aussi à double paroi (mais inversement, cela ne veut pas forcément dire « isotherme à vide »). Une gourde en acier inoxydable « isotherme à vide » comporte deux parois enveloppant un vide où l’absence de molécules empêche les transferts thermiques. Un vide étroit d’à peine 1 mm dans la paroi d’un récipient peut suffire à isoler les boissons ou aliments qu’il contient.

SUPERALLIAGES AU NICKEL LE POUVOIR DE PROPULSER Le terme « superalliage » est apparu dans les années 1940 pour désigner un groupe d’alliages mis au point pour les systèmes à haute température tels que turbocompresseurs et moteurs d’aéronefs. Les superalliages sont des matériaux métalliques capables de résister aux températures extrêmes en raison de leur stabilité microstructurale, de leur résistance à l’oxydation à haute température et, surtout, de leur résistance au fluage (à l’allongement) à haute température. Ces alliages s’utilisent largement dans nombre de systèmes à haute température tels que moteurs-fusées, soupapes d’échappement de moteurs à explosion, éléments de charpente de four, équipements de traitement thermique et composants de centrales nucléaires, mais aussi, de manière plus importante, dans les zones chaudes des turbines à gaz des centrales électriques et des turboréacteurs d’aviation.

Il existe des superalliages au fer, au

mieux la structure cristalline des

cobalt et au nickel, ces derniers étant

superalliages constituant leurs aubes,

de loin les plus courants. Les superal-

d’abord en faisant croître les cristaux

liages au nickel contiennent en général

dans la même direction longitudinale, puis en produisant les aubes en un seul

plus de 50 % de nickel et environ 20 %

cristal afin d’améliorer leur résistance

de chrome. Leur résistance peut être accrue par un renforcement en solution solide, par l’ajout d’éléments tels que le

au fluage, et donc à l’allongement, pendant le fonctionnement. Par ailleurs, l’ajout de canaux de refroidissement

cobalt et le molybdène, ou par un dur-

servant à réduire la température des

cissement structural dans lequel l’ajout

surfaces métalliques et l’application

d’aluminium, de titane ou de ces deux

de revêtements destinés à ralentir

éléments produit les alliages possédant

l’oxydation permettent aux turbines de

la plus grande résistance au fluage.

fonctionner à des températures encore

Ces alliages s’utilisent pour les compo-

plus élevées.

sants essentiels des turbines à gaz, tels

Les superalliages au nickel contiennent en général plus de 50 % de nickel et environ 20 % de chrome. Ils servent à fabriquer les éléments devant endurer des pressions et températures extrêmes.

Les progrès de l’aéronautique ne

qu’aubes et tuyères, qui endurent des

cessent d’émerveiller, et ce grâce aux

pressions et températures extrêmes.

gains de puissance rendus possibles, en

Le rendement énergétique des turbines

partie, par la résistance des superal-

progresse à mesure que l’on maîtrise

liages au nickel.

Composition nominale des superalliages au nickel d’usage courant UNS/DIN

Ni (%)

Cr (%)

Co (%)

Mo (%)

Al (%)

Ti (%)

Alliage 75

N06075

restant

20

-

-

-

-

Alliage 80 A

N07080

restant

20

1

-

1,5

2,2

Alliage 90

N07090

restant

20

18

-

1,5

2,5

105

2,4634

restant

20

20

5

4,7

1,2

115

2,4636

restant

15

14

4

4,7

4

263

N07263

restant

20

20

5,8

-

2,2

NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023 | 11

LE POTENTIEL DE L’HYDROGÈNE VERT RÉALISÉ AVEC L’ACIER INOXYDABLE AU NICKEL L’hydrogène est 14 fois plus léger que l’air. Incolore, inodore et non toxique, il brûle sans résidu en produisant une flamme tout aussi incolore. Il reste gazeux jusqu’à -253 °C, en deçà de quoi il se liquéfie. C’est un élément très réactif qui se rencontre seulement sous forme liée, par exemple à lui-même dans une molécule d’hydrogène, à un atome d’oxygène dans une molécule d’eau ou à un atome de carbone dans une molécule de méthane.

STATION DE RAVITAILLEMENT EN HYDROGÈNE LINDE À UNTERSCHLEISSHEIM (ALLEMAGNE). © LINDE PLC

Dans le remplacement des combustibles fossiles, l’hydrogène vert offre un potentiel presque illimité et il contribuera de manière essentielle à atteindre la neutralité carbone. Et l’acier inoxydable au nickel l’accompagne durablement sur la voie de la neutralité climatique.

12 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

La production d’hydrogène pur nécessite elle-même beaucoup d’énergie. On produit chaque année dans le monde 30 millions de tonnes d’hydrogène gris à partir de combustibles fossiles tels que le gaz naturel ou le pétrole, principalement par vaporeformage.

Il s’agit d’un procédé convertissant de l’eau et du méthane en hydrogène et en dioxyde de carbone (CO2), et chaque tonne d’hydrogène ainsi produite s’accompagne aussi de la production de dix tonnes de CO2.

HY D R O G È NE V ER T Code couleur de l’hydrogène L’hydrogène est un élément se rencontrant principalement sous des formes moléculaires telles que l’eau et les composés organiques. L’hydrogène gazeux

ÉLECTRICITÉ RENOUVEL A B L E

ÉL EC T ROLYS E

HY D RO G È NE RENO UV EL A B L E

peut être produit à partir de différentes sources et par différents procédés. Les types d’hydrogène correspondant à ces sources et

Passage au vert

Résistance aux contraintes et à la

Le choix le plus écologique est celui

perméation

procédés s’identifient par un

de l’hydrogène vert, produit en toute

De nombreux métaux sont perméables

code couleur. Les plus importants

aux atomes d’hydrogène, qui peuvent

sont les suivants :

neutralité climatique à partir d’énergies 100 % renouvelables. Pour produire de l’hydrogène vert, le procédé le plus courant est l’électrolyse de l’eau, qui sépare l’hydrogène de l’oxygène.

ainsi les pénétrer et altérer considérablement leurs propriétés mécaniques.

Même avec une concentration en hydrogène de quelques parties par millions, un matériau sensible à cet

L’hydrogène est une matière première

élément peut subir une dégradation

importante pour les industries

entraînant fissures et ruptures fragiles,

chimiques et pétrochimiques, qui s’en servent pour produire des composés de base tels que l’ammoniac vert et le méthanol vert. Plus de la moitié de la production d’hydrogène sert à produire de l’ammoniac utilisé dans la fabrication d’engrais. L’hydrogène peut aussi

ce qui constitue un risque inacceptable. En revanche, les composants en acier inoxydable au nickel, grâce

L’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’électricité renouvelable (ce procédé décompose l’eau en hydrogène et oxygène gazeux).

On lui attribue la couleur verte parce que sa production se fait sans émission de CO2.

L’hydrogène gris, marron et

à leur microstructure, résistent de

noir est produit à partir de

façon permanente à la perméation et

combustibles fossiles, respective-

à la dégradation. Ainsi, le matériau

ment de gaz naturel, de lignite et

empêche le gaz de s’échapper graduelle-

de houille. Ces options émettent

ment et les composants de se fragiliser,

toutes du CO2 à différents degrés.

s’utiliser directement pour chauffer des

tout en conservant une résistance, une

immeubles ou des fours industriels,

ductilité et une homogénéité élevées.

L’hydrogène bleu est dérivé du

ainsi que dans des piles à combustible

gaz naturel, mais dans ce cas, le

Pour les composants en contact avec

CO2 est capté et stocké sous terre

alimentant des moteurs électriques de

l’hydrogène, les aciers inoxydables

(séquestration du carbone). Ce

véhicules. Ce qui le rend intéressant,

austénitiques de nuances 316L (UNS

procédé n’émettant pas de CO2, il

c’est que sa combustion n’émet rien

S31603) et 304L (S30403) sont usuels.

est classé comme carboneutre.

d’autre que de l’eau.

Pour les utilisations particulièrement

Les propriétés caractéristiques de l’hydrogène imposent l’emploi de matériaux répondant aux exigences les plus rigoureuses dans les électrolyseurs, compresseurs haute pression, réservoirs, vannes, tuyaux et raccords utilisés pour sa production, son transport et son stockage cryogénique.

Sa grande diffusibilité nécessite que tous les composants soient imperméables aux gaz de manière fiable afin de prévenir les pertes et de réduire le

critiques, les nuances 317LMN (S31726), 2205 (S32205) et 2507 (S32750) ont fait leurs preuves.

En vue de créer un avenir durable, les

L’hydrogène rose, violet et rouge est produit en utilisant l’énergie des centrales nucléaires.

L’hydrogène rose s’obtient par électrolyse de l’eau en utilisant

moyens et manières de produire, uti-

l’électricité d’une centrale

liser et distribuer l’hydrogène vert se

nucléaire. L’hydrogène violet est

développent partout dans le monde. Et

produit par craquage thermo-

nombre de nuances d’acier inoxydable joueront un rôle clé d’un bout à l’autre du processus.

chimique de l’eau en utilisant la chaleur et l’électricité d’une centrale nucléaire. L’hydrogène

D’après un article de Ursula Herrling-Tusch

rouge s’obtient par craquage

publié pour le compte de l’Association

catalytique de l’eau à haute tem-

allemande des marques d’acier inoxydable

pérature en utilisant la chaleur

plus possible les risques d’explosion ou

(Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei

d’une centrale nucléaire.

d’incendie qu’entraînerait une fuite.

e.V.) : https://www.wzv-rostfrei.de/

NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023 | 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 confi ance. https://inquiries.nickelinstitute.org/

tuyauteries en acier inoxydable utilisées pour transporter de l’eau ?

Réponse : Il n’y a pas de limite de

bénéfique d’une augmentation de la

vitesse d’écoulement recommandée

teneur en nickel dans les métaux au

pour l’acier inoxydable au nickel. Le

nickel autres que les aciers inoxy-

tableau 1 présente le taux de perte

dables. Cependant, la teneur en nickel

de métal pour différents métaux à

du 316L est inférieure à celle de ces

des vitesses allant jusqu’à 8,2 m/s et

autres matériaux au nickel, mais il

montre que le 316L (S31603) a le taux

bénéficie de la résistance à la corro-

de perte de métal le plus faible à la

sion de son fi lm passif. En fait, les

vitesse la plus élevée. En fait, cette perte de métal est inférieure à celle

aciers inoxydables de la série 300 ont

définissant la résistance à la corrosion,

été testés à des vitesses allant jusqu’à

qui doit être inférieure ou égale à

40 m/s sans qu’il y ait d’augmentation

0,1 mm par an. On voit aussi l’effet

de la perte de métal (tableau 2).

Tableau 1. Taux de perte de métal dans l’eau de mer à différentes vitesses EN LIGNE

NICKEL

Q R

Question : Quelle est la vitesse d’écoulement maximum recommandée pour les

Perte de métal en mm/an à différentes vitesses Ni (%)

0,3 m/s

8,2 m/s

Acier au carbone

-

0,16

1,17

Fonte

-

0,23

1,36

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

Silicium-bronze

-

0,004

1,46

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

Cuproaluminium

<1%

0,023

1,10

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

CuNi 90/10

10

0,020

0,40

CuNi 70/30

30

< 0,004

0,16

Alliage 400

65

< 0,004

0,016

316L

10

0,005

< 0,005

Tableau 2. Limite de vitesse supérieure pour le cupronickel (CuNi) et les aciers inoxydables de la série 300 dans l’eau de mer et dans l’eau potable Limite de vitesse en m/s

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

VISIONNEZ les vidéos de la chaîne YouTube du Nickel Institute : www.youtube.com/user/NickelInstitute

14 | NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023

Eau de mer

Eau potable

CuNi 90/10

2,4 à 3

3,7 à 4,6

CuNi 70/30

3 à 3,7

4,6 à 5,5

Inox série 300

> 40

> 40

NOUVELLES PUBLICATIONS Y a-t-il assez de nickel ? En un mot, la réponse est oui.

S’agissant de la disponibilité du

aux réserves et aux ressources. À cela

nickel, on parle de « ressources » et de

s’additionnent environ 40 millions

« réserves ». Les ressources sont les

de tonnes de nickel actuellement en

gisements de minerai potentiels qu’il

usage et qui fi niront par être recyclées.

reste encore à explorer. Les réserves

Vu les niveaux de production actuels,

sont les gisements pour lesquels

qui s’élèvent à 2,7 millions de tonnes

l’exploration a quantifié le minerai et

par an, on peut dire qu’il y a assez de

déterminé qu’il pouvait être extrait de

nickel pour les générations présentes et

manière rentable. À l’heure actuelle,

futures.

les réserves de nickel connues s’élèvent

Le Nickel Institute a actualisé sa fiche

à 95 millions de tonnes. S’y ajoutent

d’information sur les ressources et

350 millions de tonnes de ressources

réserves de nickel en y ajoutant les

terrestres et 300 millions de tonnes

données les plus récentes. Disponible

de ressources potentielles en mer. En

en téléchargement sur

outre, les sociétés minières ajoutent

www.nickelinstitute.org

sans cesse de nouveaux gisements

(en anglais seulement).

Guide du nickelage Le Nickel Institute a publié la deuxième

des problèmes, des conseils pratiques,

édition de sa publication intitulée

la réduction des déchets et des conseils

Nickel Plating Handbook, un guide du

sur les aspects hygiène, sécurité et

nickelage apprécié par les lecteurs et

environnement du nickelage. Cette

offert gratuitement. Ce guide complet

deuxième édition contient de nouvelles

KNOWLEDGE FOR A BRIGHTER FUTURE

Nickel plating handbook

informations d’hygiène et de sécurité

de 104 pages a été révisé et actualisé

ainsi qu’une nouvelle section sur la

par William Lo, un spécialiste de la

prévention de la libération de nickel

galvanoplastie.

par les articles nickelés ou en alliages

L’ouvrage passe en revue les méthodes

de nickel. Le Nickel Plating Handbook est

modernes de nickelage industriel sans

un guide de haute qualité apportant des

perdre de vue les fondamentaux de

renseignements pratiques pour la mise

l’électrochimie. Il présente la compo-

en œuvre et la maîtrise des procédés de

sition des électrolytes, les caractéris-

galvanoplastie. Disponible en téléchar-

tiques des revêtements décoratifs, les

gement sur www.nickelinstitute.org

revêtements techniques, la résolution

(en anglais seulement).

Codes UNS

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

UNS

C

Cr

Fe

Mn

S30403 p. 13

0,03 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

S31603 P. 2, 13, 14, 16

0,030 max.

16,0 à 18,0

restant

S31726 p. 13

0,030 max.

17,0 20,0

S32205 p. 13

0,030 max.

S32750 p. 13

0,030 max.

Mo

N

Ni

P

S

Si

-

-

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

2,00 max.

2,00 à 3,00

-

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

restant

2,00 max.

4,00 à 6,00

0,10 à 0,20

13,5 à 17,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 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.

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. 38, Nº 1. 2023 | 15

DANIEL KUKLA

UN JARDIN CLOS CHATOYANT Le Harvey Theater de lʼAcadémie de musique de Brooklyn (BAM) se pare désormais dʼune ample et superbe sculpture en acier inoxydable tapissant ses murs comme du lierre et refl étant lʼespace environnant.

Véritable prouesse technique par leur complexité structurale, les « feuillages » ont été découpés au laser à partir de rubans d’acier inoxydable 316L (UNS S31603) de 3 mm d’épaisseur, puis polis de manière à obtenir un fini non directionnel en face arrière et un fini miroir en face avant.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.38,38,NºNº1.1.2023 2023

Baptisée Paradise Parados, cette œuvre de Teresita Fernández, créatrice plusieurs fois primée, a été réalisée en collaboration avec le Camber Studio de Brooklyn à partir de 900 mètres linéaires de ruban d’acier inoxydable qui ont été perforés, découpés suivant un motif irrégulier « en feuillage », polis miroir et disposés en couches entrelacées. L’artiste a imaginé une expérience immersive et cohérente où les spectateurs « sont entourés par l’œuvre d’art, marchent sous celle-ci et aperçoivent leurs propres reflets dans une myriade de motifs entrelacés en feuillage ». À partir des esquisses initiales de l’artiste, le Camber Studio a établi

un modèle numérique détaillé systématisant la géométrie de l’œuvre de manière à limiter le nombre de pièces distinctes tout en conservant son caractère organique. Des ingénieurs ont été chargés « d’analyser le comportement structural de la géométrie et de mettre au point les détails des liaisons, d’une part au sein des entrelacs et d’autre part avec le mur en maçonnerie ».

Depuis son inauguration en 2022, l’œuvre attire non seulement les regards, mais aussi les marques d’éloges, notamment un prix d’excellence décerné par la Commission d’esthétique de l’espace public de la Ville de New York.