LA REVUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL ET DE SES APPLICATIONS
NICKEL, VOL. 38, Nº 1. 2023
Catalyser la conversion des matières grasses en diesel renouvelable
Une solution nickel pour transporter le gaz naturel liquéfi é
Le potentiel de l’hydrogène vert réalisé avec l’acier inoxydable
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
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.
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).
Le Nickel Institute a pour vocation de partager le savoir, et comme chacun sait, le savoir, c’est le pouvoir.
Clare Richardson Rédactrice en chefLa 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
02 Étude de cas 27 Verrière d’entrée de la ligne Elizabeth
03 Éditorial
Le pouvoir du nickel
04 En bref
06 Diesel renouvelable
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 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
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 er 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).
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).
« 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.
L’un des moyens les plus efficaces de relever le défi des changements
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.
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 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.
Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), la demande de carburants renouvelables devrait augmenter rapidement au cours des prochaines années. Steve 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).
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.
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 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.
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
du diesel renouvelable commence par un prétraitement des huiles destiné à éliminer les contaminants métalliques qu’elles peuvent contenir ainsi que tout acide résultant de leur rancissement.
L’huile passe ensuite par une unité d’hydrotraitement (comme dans le cas du pétrole) qui décompose les 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 procédé produit principalement du 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).
Des catalyseurs au nickel
Les catalyseurs servant à l’hydrotraitement de l’huile végétale sont le nickel et le nickel-molybdène sur support
Huile végétale + hydrogène (triglycéride)
d’alumine. Le nickel fonctionne bien pour saturer les liaisons doubles et pour activer l’élimination de l’oxygène. À l’étape d’isomérisation, on utilise aussi des zéolithes et autres tamis moléculaires imprégnés de nickel pour remplacer économiquement les catalyseurs au platine ou au palladium. 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 1 à 2 % de la demande mondiale, soit 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 carburants accroît mécaniquement la demande de catalyseurs au nickel, qui sont indispensables aux procédés de raffinage requis.
Catalyseur au nickel
Saturation et craquage
Diesel renouvelable + CAD
Catalyseur au nickel
Isomérisation
Acides gras + propane
Catalyseur au nickel
Hydrocraquage et désoxygénation
Hydrocarbures plus légers + monoxyde de carbone + eau
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.
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.
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 sous vide
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.
Les changements climatiques nous obligent à réduire nos émissions de carbone. Les combustibles n’émettant pas de dioxyde de carbone, comme l’hydrogène et l’ammoniac, constituent des solutions de remplacement, tandis
que le gaz naturel liquéfié (GNL) s’est avéré une source d’énergie moins polluante que le pétrole pour produire de l’électricité ou de la chaleur. Cependant, la production, le transport et l’utilisation de ces vecteurs énergétiques de remplacement nécessitent de les liquéfier. Dans le cas du GNL, la
liquéfaction se produit à très basse température. Une fois les gaz refroidis et liquéfiés, ils doivent rester liquides tout au long du stockage, du transport et de l’avitaillement. Pour cela, il est indispensable de les isoler du milieu ambiant.
C’est là qu’intervient le nickel. Les 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 transport des gaz liquéfiés.
Dans une tuyauterie à isolation sous vide, le gaz liquéfié circule dans un tuyau interne lui-même enveloppé par un tuyau externe. L’espace entre ces deux tuyaux est dépressurisé de manière à ne plus contenir ni air ni autre conducteur thermique et à former ainsi une enveloppe de vide empêchant toute perte de chaleur par conduction.
Ce système industriel fait appel aux aciers inoxydables au nickel pour les tuyaux internes et externes ainsi que pour les vannes, bagues d’écartement et soufflets de compensation nécessaires, car ils permettent au matériel de maintien du froid de fonctionner dans une plage de températures étendue. 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 sous vide des conduites présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles (utilisant par exemple de la mousse). Le premier est une amélioration du rendement frigorifique du système, qui réduit les coûts d’exploitation. Le deuxième est le gain d’espace : les systèmes à deux parois séparées par un vide isolent si efficacement qu’ils ne peuvent être égalés que par application de plusieurs couches de matériaux de type mousse, et donc par accroissement du diamètre
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.
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.
extérieur. En outre, lorsqu’un système à double enceinte s’impose pour des raisons de sécurité, les deux tuyaux 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’années, les tuyauteries à isolation sous vide en acier inoxydable sont destinées à durer au moins 20 ans.
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 !
Intérieur : acier inoxydable 304
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. peut suffire à isoler les boissons ou aliments qu’il contient. Vide
Extérieur : acier inoxydable 304
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 cobalt et au nickel, ces derniers étant de loin les plus courants. Les superalliages au nickel contiennent en général plus de 50 % de nickel et environ 20 % de chrome. Leur résistance peut être accrue par un renforcement en solution solide, par l’ajout d’éléments tels que le cobalt et le molybdène, ou par un durcissement structural dans lequel l’ajout d’aluminium, de titane ou de ces deux éléments produit les alliages possédant la plus grande résistance au fluage.
Ces alliages s’utilisent pour les composants essentiels des turbines à gaz, tels qu’aubes et tuyères, qui endurent des pressions et températures extrêmes.
Le rendement énergétique des turbines progresse à mesure que l’on maîtrise
mieux la structure cristalline des superalliages constituant leurs aubes, d’abord en faisant croître les cristaux dans la même direction longitudinale, puis en produisant les aubes en un seul cristal afin d’améliorer leur résistance au fluage, et donc à l’allongement, pendant le fonctionnement. Par ailleurs, l’ajout de canaux de refroidissement servant à réduire la température des surfaces métalliques et l’application de revêtements destinés à ralentir l’oxydation permettent aux turbines de fonctionner à des températures encore plus élevées.
Les progrès de l’aéronautique ne cessent d’émerveiller, et ce grâce aux gains de puissance rendus possibles, en partie, par la résistance des superalliages au nickel.
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.
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.
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.
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
Le choix le plus écologique est celui de l’hydrogène vert, produit en toute 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.
L’hydrogène est une matière première importante pour les industries 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 s’utiliser directement pour chauffer des immeubles ou des fours industriels, ainsi que dans des piles à combustible alimentant des moteurs électriques de véhicules. Ce qui le rend intéressant, c’est que sa combustion n’émet rien d’autre que de l’eau.
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 plus possible les risques d’explosion ou d’incendie qu’entraînerait une fuite.
De nombreux métaux sont perméables aux atomes d’hydrogène, qui peuvent 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 élément peut subir une dégradation entraînant fissures et ruptures fragiles, ce qui constitue un risque inacceptable. En revanche, les composants en acier inoxydable au nickel, grâce à leur microstructure, résistent de façon permanente à la perméation et à la dégradation. Ainsi, le matériau empêche le gaz de s’échapper graduellement et les composants de se fragiliser, tout en conservant une résistance, une ductilité et une homogénéité élevées.
Pour les composants en contact avec l’hydrogène, les aciers inoxydables austénitiques de nuances 316L (UNS S31603) et 304L (S30403) sont usuels. Pour les utilisations particulièrement critiques, les nuances 317LMN (S31726), 2205 (S32205) et 2507 (S32750) ont fait leurs preuves.
En vue de créer un avenir durable, les moyens et manières de produire, utiliser et distribuer l’hydrogène vert se développent partout dans le monde. Et nombre de nuances d’acier inoxydable joueront un rôle clé d’un bout à l’autre du processus.
D’après un article de Ursula Herrling-Tusch publié pour le compte de l’Association allemande des marques d’acier inoxydable (Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e.V.) : https://www.wzv-rostfrei.de/
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 peut être produit à partir de différentes sources et par différents procédés. Les types d’hydrogène correspondant à ces sources et procédés s’identifient par un code couleur. Les plus importants sont les suivants :
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 noir est produit à partir de combustibles fossiles, respectivement de gaz naturel, de lignite et de houille. Ces options émettent toutes du CO2 à différents degrés. L’hydrogène bleu est dérivé du gaz naturel, mais dans ce cas, le CO2 est capté et stocké sous terre (séquestration du carbone). Ce procédé n’émettant pas de CO2 , il est classé comme carboneutre.
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 l’électricité d’une centrale nucléaire. L’hydrogène violet est produit par craquage thermochimique de l’eau en utilisant la chaleur et l’électricité d’une centrale nucléaire. L’hydrogène rouge s’obtient par craquage catalytique de l’eau à haute température en utilisant la chaleur d’une centrale nucléaire.
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/
QQuestion : Quelle est la vitesse d’écoulement maximum recommandée pour les tuyauteries en acier inoxydable utilisées pour transporter de l’eau ?
RRéponse : Il n’y a pas de limite de vitesse d’écoulement recommandée pour l’acier inoxydable au nickel. Le tableau 1 présente le taux de perte de métal pour différents métaux à des vitesses allant jusqu’à 8,2 m/s et montre que le 316L (S31603) a le taux de perte de métal le plus faible à la vitesse la plus élevée. En fait, cette perte de métal est inférieure à celle définissant la résistance à la corrosion, qui doit être inférieure ou égale à 0,1 mm par an. On voit aussi l’effet
bénéfique d’une augmentation de la teneur en nickel dans les métaux au nickel autres que les aciers inoxydables. Cependant, la teneur en nickel du 316L est inférieure à celle de ces autres matériaux au nickel, mais il bénéficie de la résistance à la corrosion de son fi lm passif. En fait, les aciers inoxydables de la série 300 ont été testés à des vitesses allant jusqu’à 40 m/s sans qu’il y ait d’augmentation de la perte de métal (tableau 2).
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Y a-t-il assez de nickel ? En un mot, la réponse est oui. S’agissant de la disponibilité du nickel, on parle de « ressources » et de « réserves ». Les ressources sont les gisements de minerai potentiels qu’il reste encore à explorer. Les réserves sont les gisements pour lesquels l’exploration a quantifié le minerai et déterminé qu’il pouvait être extrait de manière rentable. À l’heure actuelle, les réserves de nickel connues s’élèvent à 95 millions de tonnes. S’y ajoutent 350 millions de tonnes de ressources terrestres et 300 millions de tonnes de ressources potentielles en mer. En outre, les sociétés minières ajoutent sans cesse de nouveaux gisements
aux réserves et aux ressources. À cela s’additionnent environ 40 millions de tonnes de nickel actuellement en usage et qui fi niront par être recyclées. Vu les niveaux de production actuels, qui s’élèvent à 2,7 millions de tonnes par an, on peut dire qu’il y a assez de nickel pour les générations présentes et futures.
Le Nickel Institute a actualisé sa fiche d’information sur les ressources et réserves de nickel en y ajoutant les données les plus récentes. Disponible en téléchargement sur www.nickelinstitute.org (en anglais seulement).
Le Nickel Institute a publié la deuxième édition de sa publication intitulée Nickel Plating Handbook, un guide du nickelage apprécié par les lecteurs et offert gratuitement. Ce guide complet de 104 pages a été révisé et actualisé par William Lo, un spécialiste de la galvanoplastie.
L’ouvrage passe en revue les méthodes modernes de nickelage industriel sans perdre de vue les fondamentaux de l’électrochimie. Il présente la composition des électrolytes, les caractéristiques des revêtements décoratifs, les revêtements techniques, la résolution
des problèmes, des conseils pratiques, la réduction des déchets et des conseils sur les aspects hygiène, sécurité et environnement du nickelage. Cette deuxième édition contient de nouvelles informations d’hygiène et de sécurité ainsi qu’une nouvelle section sur la prévention de la libération de nickel par les articles nickelés ou en alliages de nickel. Le Nickel Plating Handbook est un guide de haute qualité apportant des renseignements pratiques pour la mise en œuvre et la maîtrise des procédés de galvanoplastie. Disponible en téléchargement sur www.nickelinstitute.org (en anglais seulement).
Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).
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.
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. 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.
