NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024

MAGAZINE

NICKEL

L A RE VUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL E T DE SES APPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024

La bonne dose de nickel Le nickel dans les aciers faiblement alliés

Du nickel sur Mars : SpaceX lance sa mégafusée

Topsoe : un entretien avec Maria Jose Landeira Oestergaard

© ROYAL CARIBBEAN INTERNATIONAL

ÉTUDE DE CAS 31 L’ICON OF THE SEAS DE ROYAL CARIBBEAN L’Icon of the Seas est un navire de croisière construit pour la compagnie Royal Caribbean. Mis en service au départ de Miami le 27 janvier 2024 et long de près de 365 m avec un maître-bau approchant les 50 m et une jauge brute de 248 663 tonneaux (704 135 m 3), c’est le plus grand paquebot jamais construit à ce jour. En plus de ses 2 350 membres d’équipage, il peut accueillir 5 610 passagers en occupation double et 7 600 passagers en capacité maximale.

Pour ce chantier, Stalatube a fourni les éléments suivants : profilés creux en 316L (UNS S31603, EN 1.4404) de 100 × 60 × 5,0 mm et 100 × 100 × 5,0 mm ; profilés creux en 316Ti (UNS S31635, EN 1.4571) de 80 × 60 × 5,0 mm ; profilés creux en 316 (UNS S31600, EN 1.4401) de 120 × 80 × 5 × 6000 mm à deux soudures longitudinales.

NICKEL, VOL. VOL. 39, 39, Nº Nº 2.

2. 2024 2024 22 || NICKEL,

L’acier inoxydable au nickel a été

conçus pour supporter des conditions

choisi pour nombre de composants

météorologiques extrêmes, comme

devant résister aux conditions météo-

des vents de 270 km/h, mais aussi le

rologiques les plus rigoureuses.

poids élevé des vitres, si bien que les

Stalatube, une entreprise de métallerie en acier inoxydable, a collaboré avec son partenaire de longue date Tuteka, un fournisseur du secteur maritime. Stalatube a fourni à

montants doivent être à la fois rigides et résistants à la corrosion en milieu maritime. Les éléments de structure en acier inoxydable ont aussi servi à construire les tuyaux de ventilation coniques s’intégrant à l’esthétique

Tuteka les poutres et profilés en acier

du navire. Les partenaires se pré-

inoxydable qui ont servi à construire

parent pour la construction de deux

les rampes d’escalier et pare-vent

nouveaux paquebots ultramodernes

vitrés équipant le parc aquatique du

prévue au chantier naval de Turku, en

pont supérieur. Les pare-vent sont

Finlande, dans les années à venir.

ÉDITORIAL JUSTE LA BONNE DOSE Mettre au point un nouvel alliage, c’est compliqué. Déterminer quelle combinaison d’éléments d’alliage utiliser pour produire l’acier allié le mieux adapté à un usage donné est à la fois un art et une science. Trouver la bonne dose de nickel pour chaque alliage, tel est le défi qui se pose aux métallurgistes et aux ingénieurs. Il s’agit d’arriver à la teneur en nickel optimale pour obtenir les propriétés requises au meilleur coût possible. Et comme le montre le diagramme ci-dessous, souvent c’est juste une petite dose de nickel qui fait la différence, RICHARD-WOODGETT

en conférant à l’alliage le juste degré de ténacité, de résistance aux contraintes, de tenue thermique et de soudabilité. Ce numéro de Nickel présente la recherche des meilleurs

15 12

T E N EU R M OY E N N E E N NICK E L PA R T Y PE D’ACIE R S A L LIÉ S

14,3 %

9

1,2 %

1,1 %

Acier pour traitement thermique

Aciers à haute résistance

1,0 %

0,6 %

1,5 % Moyenne des aciers alliés

1,2 %

Aciers pour service sous pression

1,8 %

Aciers pour cémentation

Aciers cryogéniques

0

Aciers de blindage ou de protection

3

Aciers résistants à l’eau

7,3 %

6

Aciers maraging

Teneur moyenne en nickel des aciers alliés en %

© SMR (STEEL & METALS MARKET RESEARCH GMBH) ET NICKEL INSTITUTE, 2023

alliages pour répondre aux exigences techniques d’éoliennes en mer toujours plus hautes.

La serre à coraux L’acier inoxydable au nickel confère stabilité et durabilité à la structure d’une serre subaquatique abritant la croissance des coraux et autres formes de vie marine sur le récif John Brewer, dans la Grande Barrière de corail (Australie).

Il va sans dire que les conditions extrêmes des voyages spatiaux sont encore plus rigoureuses que celles du milieu corrosif caractérisant les océans. L’article de la page 8 montre comment Elon Musk compte sur l’acier inoxydable au nickel pour que son vaisseau spatial Starship aille encore plus loin et permette un jour un aller-retour vers Mars.

En attendant, l’acier inoxydable au nickel continue de briller plus près de nous dans d’autres conditions rigoureuses. En Australie, une structure artistique subaquatique du sculpteur britannique Jason deCaires Taylor (en quatrième de couverture) sert de sanctuaire à des espèces vulnérables. Cette serre de coralliculture haute de 16 m est immergée sous 16 m d’eau dans l’océan Pacifique.

Il s’agit juste de quelques exemples montrant comment on peut aller plus haut, plus loin ou plus profond quand on a juste la bonne dose de nickel.

Clare Richardson Rédactrice en chef

NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024 | 3

02

Étude de cas 31 L’Icon of the Seas de Royal Caribbean

03

Éditorial Juste la bonne dose

04 06

NICKEL

E N B R E F

SOMMAIRE

En bref Traitement du nickel Fusion des latérites

08

La mégafusée de SpaceX Un décollage nickel

10

Topsoe Entretien avec Maria Jose Landeira Oestergaard

12

Juste la bonne dose Le nickel dans les aciers faiblement alliés Alliages au nickel

INSTITUT CORÉEN DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE (KIST)

13

Nitinol : le métal qui se souvient

14 15 15 16

Le saviez-vous ?

Pourquoi le nickel ?

Codes UNS Musée sous-marin Jason deCaires Taylor

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Gary Coates, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Lyle Trytten, 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 : bytecodeminer (couverture), iStock©enviromantic (page 6), iStock©ratpack223 (page 12).

4 | NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024

Amélioration des catalyseurs bifonctionnels Un groupe de recherche coréen a conçu une méthode innovante utilisant des catalyseurs bifonctionnels en alliage platine-nickel pour améliorer la réversibilité et la durabilité des électrodes. Composée de membres de lʼuniversité des sciences et technologies de Pohang (Postech), de lʼuniversité Yonsei et du Centre de recherche sur les énergies propres de lʼInstitut coréen des sciences et de la technologie (KIST), lʼéquipe a remplacé différents catalyseurs par des catalyseurs bifonctionnels platine-nickel. Ces nouveaux catalyseurs en alliage ont une structure octaédrique pouvant entraîner des réactions tant réductrices quʼoxydantes.

Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans le développement des catalyseurs bifonctionnels, une technologie importante pour la conversion électrochimique de lʼénergie. Il contribuera aussi dans lʼavenir à la commercialisation et à la neutralité carbone des systèmes électrochimiques tels que les piles à combustible réversibles unifiées (URFC).

Principes directeurs du développement durable

Le monde prend de plus en plus conscience du rôle stratégique essentiel que joue le nickel dans la transition énergétique et la mobilité durable. La production mondiale de nickel a le vent en poupe, y compris dans des régions où lʼon connaît moins ce métal et son usage responsable. Le savoir et lʼexpertise que le Nickel Institute accumule depuis plus de 40 ans ont guidé la mise au point des principes directeurs du développement durable quʼil a publiés en anglais sous le titre Sustainability Guiding Principles. Ces principes propres à lʼemploi du nickel aident les entreprises à se donner de solides normes environnementales, sociales et gouvernantielles (ESG) et à agir dʼun bout à lʼautre du secteur et de sa chaîne de valeur. La nouvelle publication, disponible en téléchargement sur

Une première pour l’Inde Haut de 62 m, le premier immeuble dʼInde à arborer une charpente diagrille en acier inoxydable est un modèle dʼinnovation en construction parasismique et écoénergétique. Situé à Chennai, le nouveau siège de lʼUIIC (United India Insurance Company) se distingue par les courbes de son profil réalisées avec environ 1000 tonnes dʼacier inoxydable 316L (S31603) de haute qualité. Cette structure sans poteaux redéfinit les conventions du bâtiment. Les résilles dʼacier inoxydable constituent la principale structure porteuse de lʼédifice. Pour Abhyuday Jindal, directeur général de Jindal Stainless, « cʼest une merveille architecturale en verre et acier inoxydable, et sans aucun doute un régal pour les yeux ».

www.nickelinstitute.org, apporte des ressources et références utiles.

Les entreprises américaines Sigma Fasteners, Dipsol et Integran ont mis au point ensemble un revêtement zinc-nickel nanostructuré destiné à lʼexploitation pétrogazière en mer, où les conditions rigoureuses appellent des solutions innovantes. Commercialisé sous la marque ZNnGard™, ce revêtement technique est conçu pour remplacer les revêtements au cadmium afin dʼéliminer les problèmes de sécurité pour le personnel et lʼenvironnement tout en améliorant nettement le rendement et le coût global. Produit au moyen dʼun procédé exclusif dʼélectrodéposition par courants pulsés utilisant un bain alcalin Zn-Ni, il offre de nombreux avantages : dureté améliorée, résistance à la corrosion, excellente adhérence, grande uniformité dimensionnelle, pas de fragilisation par lʼhydrogène et fini de surface supérieur. « Nous sommes heureux de répondre à la demande du marché en lançant ce procédé qui résout des problèmes de longue date », nous dit Steve Cabral, de Sigma Fasteners.

CONSTRUCTION CATALYSERS PVT. LTD.

© SIGMA FASTENERS ET INTEGRAN TECHNOLOGIES, 2023

Un nouveau revêtement marinisé

NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024 | 5

L’INDUSTRIE DU NICKEL, PARTIE 2 TRAITEMENT DU NICKEL : FUSION DES LATÉRITES La partie 2 de cette série examine plus en détail les latérites, l’un des deux principaux types de minerai de nickel, ainsi que leur procédé de traitement le plus courant : la fusion.

Les latérites représentent à ce jour plus de 70 % de la production de nickel et des ressources terrestres connues, et c’est depuis quelque temps la source de nickel qui progresse le plus vite.

Gisements de latérites

Fusion des latérites

Les gisements de latérite sont des

Aujourd’hui, la fusion se fait générale-

couches minérales qui se sont dépo-

ment en associant un four rotatif et un

sées sur la roche-mère sous l’effet de

four à arc électrique (procédé RKEF,

l’érosion par ruissellement. Il existe

pour Rotary Kiln–Electric Furnace), et

différents types de gisements latéri-

moins souvent avec un haut-fourneau.

tiques, dont certains peuvent contenir

Le procédé RKEF consiste en trois

de l’aluminium (bauxite) ou de l’or,

grandes étapes : séchage, réduction et

leur composition étant déterminée par

fusion. Il sert normalement à la fusion

celle de la roche-mère et par le degré

des saprolites, mais il peut aussi fusion-

d’érosion. Les latérites nickélifères

ner les limonites. La plupart des unités

proviennent de roches-mères riches

suivent le procédé décrit ci-dessous,

en magnésium contenant des roches

mais il y a des exceptions.

silicatées à faible teneur en nickel.

Sous l’effet de l’érosion, les éléments sont dissous et déplacés avant de se recristalliser. Ces processus peuvent produire des gisements latéritiques en moins d’un million d’années, quoique

comme il convient) est séché dans un tambour rotatif généralement chauffé à plus de 100 °C au charbon ou au gaz.

Il s’agit de produire pour les étapes

certaines roches exposées en zones

suivantes un matériau qui n’est ni

tempérées ou boréales ne soient pas

collant ni poussiéreux.

pleinement altérées après plus d’un milliard d’années.

6 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1. 2024

Procédé RKEF Le minerai préparé (broyé et mélangé

Le minerai séché est ensuite transféré dans un four rotatif pour compléter le

Les deux principaux procédés de trai-

séchage et commencer le traitement

tement des minerais latéritiques sont

chimique. Alimenté par des combus-

la fusion et la lixiviation acide à haute

tibles fossiles, le four rotatif porte la

pression (HPAL, pour High-Pressure

température à environ 900 °C. On y

Acid Leaching). La fusion s’emploie

ajoute aussi un produit à forte teneur

surtout avec les saprolites pour obtenir

en carbone (tel que du charbon anthra-

un alliage fer-nickel (ferronickel ou

citeux) comme agent réducteur pour

fonte brute de nickel), tandis que la

extraire l’oxygène des oxydes de fer et

lixiviation acide à haute pression sert

de nickel et pouvoir ainsi récupérer les

surtout à traiter les limonites pour

métaux. On peut aussi y ajouter du cal-

obtenir des produits finaux de plus

caire pour ajuster la réaction chimique.

grande pureté.

Chacun des deux équipements

rotatifs produit des poussières qu’il

par tonne de nickel produite. La plupart

faut extraire des gaz évacués, puis

des fours nécessitent des systèmes de

recycler en les mélangeant à la matière

refroidissement sophistiqués pour pré-

première du procédé, ce qui ajoute à sa

server la longévité de leur revêtement.

complexité.

La fusion consomme une très grande

Le minerai ainsi chauffé et partielle-

quantité d’énergie, qui provient de com-

ment réduit est alors transféré dans le

bustibles fossiles tant pour le chauffage

four à arc électrique pour compléter

que pour la réduction chimique, ainsi

la réduction chimique. Le minerai

que du réseau électrique. La pollution

est porté à une température de fusion

atmosphérique résultant de la combus-

Procédé RKEF simplifi é Minerai humide (saprolite) Charbon thermique

Charbon thermique Charbon réducteur

d’environ 1500 °C obtenue au moyen de

tion du charbon est similaire à celle

l’arc électrique, de la réaction avec le

des centrales électriques à charbon,

carbone ajouté auparavant et de la réac-

pourvu que le lavage des gaz élimine

Pâte à électrodes

tion avec les électrodes au carbone qui

bien les poussières métalliques. Le

Électricité

se consument lentement. Il en résulte

laitier résiduel est plutôt stable et

un liquide métallique fer-nickel qui se

peut souvent servir de matériau de

dépose au fond du four pour en être

construction.

extrait, tandis que les autres éléments

Perspective du cycle de vie complet

forment un laitier flottant au-dessus

Pour un métal largement recyclé

du métal. L’alliage fer-nickel en fusion

comme le nickel, l’impact environne-

est raffiné de manière à en éliminer

mental de sa production initiale peut

les matériaux nuisibles aux procédés

s’amortir avec le temps s’il est souvent

sidérurgiques ultérieurs, puis converti

récupéré à la fin du cycle de vie d’un

en formes solides transportables ou,

produit et réutilisé dans un autre (bat-

dans certaines installations intégrées

teries au nickel, acier inoxydable au

récentes, transféré tel quel vers un

nickel, etc.). Le cycle de vie complet du

équipement sidérurgique.

nickel est généralement beaucoup plus

Les grands équipements rotatifs doivent fonctionner en continu et à haute température sur des ensembles

SÉCH EU R ROTATIF ≈ 120 °C

FOU R ROTATIF ≈ 800 °C à 1000 °C

FOU R DE FUSION ≈ 1500 °C

Laitier

Ferronickel brut ou fonte brute de nickel Les sécheurs rotatifs font généralement de 3 à 5 m de diamètre sur 30 à 50 m de long, tandis que les fours rotatifs peuvent largement dépasser les 100 m de long.

long que celui des produits auxquels il est incorporé.

Dans la prochaine édition de Nickel, la

de roulements bien entretenus. Les

troisième partie de cette série se pen-

fours à arc électrique nécessitent en

chera sur la lixiviation acide à haute

permanence une très grande puissance

pression, de plus en plus utilisée pour

d’alimentation électrique, allant pour

fournir aux fabricants de batteries des

certains équipements jusqu’à 40 MWh

composés intermédiaires au nickel.

Composition type dʼun gisement de latérite nickélifère

Type de minerai

Teneurs habituelles Fe

MgO

Ni

Croûte ferrugineuse (surchargée)

> 50 %

< 0,5 %

< 0,5 %

Limonite (traitée par HPAL)

40 à 50 %

0,5 à 5 %

0,8 à 1,5 %

Transition

25 à 40 %

5 à 15 %

1à2%

Saprolite (traitée par fusion)

10 à 25 %

15 à 35 %

1,5 à 3 %

5%

35 à 45 %

0,30 %

Roche-mère

NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024 | 7

UN DÉCOLLAGE NICKEL SPACEX LANCE SA MÉGAFUSÉE La NASA compte sur la réussite de la mégafusée Starship pour le retour des missions lunaires habitées, dont la dernière (Apollo 17) date de 1972. SpaceX a pour objectif de lancer de nouvelles missions habitées non seulement vers la lune, mais aussi bien au-delà pour atteindre Mars.

SpaceX poursuit la mise au point de Starship, son lanceur super lourd à deux étages. Son quatrième vol d’essai a eu lieu en juin 2024 et il y avait du nickel à bord. Sa présence était essentielle pour optimiser la résistance et la résilience du lanceur tout en apportant des économies d’échelle.

Les vols d’essai servent à recueillir des

la série 300 présentant des propriétés

enseignements et à faire progresser

spécialement optimisées.

les volets réussis du programme. Le

Les deux étages sont équipés de

quatrième vol constitue une étape

SPACEX

Cette représentation d’artiste préfigure-telle la vie sur Mars ?

8 | NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024

moteurs-fusées Raptor, dont la

importante, car c’est la plus grande et

chambre de combustion est en alliage

la plus puissante fusée jamais lancée.

de nickel 718 (N07718) en raison de

Le lanceur Starship comprend deux

son exceptionnelle résistance aux

étages : le propulseur Super Heavy et le

contraintes et à la chaleur.

véhicule spatial Starship. Leur struc-

À l’origine, il s’agissait de construire un

ture principale est en acier inoxydable

lanceur en fibre de carbone, en raison

au nickel de la série 300. Les prototypes

de sa haute résistance à la traction et

étaient en 304L (UNS S30403), ce qui est

de sa faible densité. Cependant, en

peut-être encore le cas, quoique SpaceX

décembre 2018, on lui a préféré un

ait laissé entendre que le matériau

autre matériau de structure : l’acier

final pourrait être une autre nuance de

inoxydable de série 300. Elon Musk a

SPACEX

cité plusieurs raisons pour ce passage

La fabrication se fait par superposition

à l’acier inoxydable, notamment son

et soudage de tubes d’acier inoxydable,

moindre coût, sa facilité de fabrication,

selon un procédé pas plus difficile

ratures cryogéniques et sa capacité à supporter des températures très élevées.

Pour Elon Musk, la fi bre de carbone est incroyablement chère, avec un coût de

que celui servant normalement à construire des citernes. Comme le lanceur doit être réutilisable, les réparations sont possibles et faciles à réaliser.

l’ordre de 135 $/kg et des procédés de

Dans l’ensemble, l’acier inoxydable

découpe et de mise en forme entraînant

au nickel aide le lanceur Starship à

à eux seuls jusqu’à 35 % de pertes de

atteindre ses principaux objectifs :

matériau, alors que l’acier inoxydable

maîtrise des coûts de lancement,

coûte moins de 3 $/kg et subit très peu de pertes.

L’acier inoxydable bénéficie aussi d’un point de fusion élevé qui lui permet de résister aux très hautes températures lors de la rentrée dans l’atmosphère et de réduire ainsi les besoins de protec-

réutilisation des deux étages, accroissement de la masse de charge utile et de la fréquence des lancements, et enfi n création d’une fi lière de fabrication en

SPACEX

sa plus grande résistance aux tempé-

série, le tout pouvant s’adapter à un large éventail de missions spatiales.

tion thermique.

Considéré comme réussi, le tout dernier

De plus, ce matériau off re des procédés

lancement fait progresser l’ambitieuse

de fabrication beaucoup plus faciles et

mission de SpaceX : établir des colonies

rapides.

humaines sur la Lune et sur Mars.

De haut en bas : le véhicule spatial Starship, le propulseur Super Heavy et le moteur-fusée Raptor.

NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024 | 9

ENTRETIEN AVEC MARIA JOSE LANDEIRA OESTERGAARD DIRECTRICE DE L’EXCELLENCE OPÉRATIONNELLE CHEZ TOPSOE La firme d’ingénierie danoise Topsoe est renommée pour son expertise en catalyse et en technologies de pointe pour les secteurs chimique et pétrochimique. Nous avons interrogé Maria Jose Landeira Oestergard, spécialiste des matériaux et directrice de l’excellence opérationnelle, à propos du rôle du nickel dans les procédés de Topsoe et de sa curiosité

COLLIN RICHIE PHOTOGRAPHY

dans son domaine de prédilection.

Maria Jose Landeira Oestergaard, directrice de l’excellence opérationnelle chez Topsoe

Q : Parlez-nous de vous et de ce qui vous a amenée à vous intéresser aux matériaux.

Q : Parlez-nous davantage de Topsoe et du

Ma décision de suivre la voie des sciences et technologie était un choix calculé : la chimie semblait offrir le plus de perspectives d’emploi. À l’université, je me suis spécialisée en électrochimie. J’étais fascinée par le fait que des particules aussi minuscules que les électrons gouvernaient toutes les réactions. L’électrochimie m’a amenée à m’intéresser à la corrosion après la lecture de l’article « The Eight Forms of Corrosion » dans l’ouvrage Corrosion Engineering de Fontana et Greene. Puis ma thèse de doctorat sur la corrosion dans les unités de désulfuration m’a conduite à mon premier emploi chez le cimentier FLSmidth.

inaugure.

Q : Quand êtes-vous entrée chez Topsoe ?

En 2001. J’étais alors la première spécialiste des matériaux et de leur corrosion chargée de déterminer s’il serait bon pour l’entreprise de disposer de ce savoir en interne. J’ai vite constaté qu’il y avait grand besoin de former les ingénieurs des autres spécialités pour que nous nous comprenions. C’est ainsi que j’ai mis au point la formation interne « matériaux et corrosion », offerte selon les besoins au Danemark, en Inde et dans d’autres sites de Topsoe, tous les 18 mois en moyenne.

10 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1. 2024

rôle du nickel dans les technologies qu’elle

L’engagement de Topsoe envers la durabilité est évident dans sa recherche-développement centrée sur la mise au point de technologies réduisant les émissions de gaz à effet de serre et promouvant l’emploi de ressources renouvelables. Nos solutions innovantes répondent aux changements climatiques et au manque de ressources. En améliorant l’efficacité énergétique des procédés et en mettant au point de nouvelles options d’énergie propre, Topsoe joue un rôle essentiel pour accompagner la transition vers un paysage industriel plus durable et respectueux de l’environnement.

L’entreprise s’est démarquée dès 1948 en mettant au point le premier catalyseur au nickel.

Aujourd’hui, Topsoe offre une vaste gamme de procédés et catalyseurs au nickel qui sont essentiels pour produire des combustibles propres à partir de pétrole brut ou de déchets, pour éliminer les émissions nocives des centrales électriques et pour augmenter le rendement des procédés industriels.

Q : Par exemple ?

ainsi que les pointes de température et

Forts de nombreuses décennies de recherche et d’innovation scientifiques, nous nous concentrons notamment sur les domaines clés suivants : hydrogène vert ; procédés convertissant électricité renouvelable en combustibles et produits chimiques verts ; captage et utilisation du CO2 ; procédés électrochimiques plus durables pour la production de combustibles et de produits chimiques ; conversion de la biomasse.

de pression.

Q : Quels matériaux au nickel s’utilisent largement dans les procédés de Topsoe, et pourquoi ?

Les matériaux au nickel font partie intégrante de nombreux procédés de Topsoe, surtout en raison de leurs propriétés catalytiques et de leur durabilité en conditions extrêmes.

En voici deux exemples.

Les catalyseurs d’hydrotraitement : Le nickel est un élément clé de la plupart des catalyseurs d’hydrotraitement utilisés dans les raffineries. Il active l’extraction du soufre, de l’azote et des autres impuretés du pétrole brut, et ses excellentes propriétés catalytiques renforcent les réactions d’hydrogénation essentielles à la production de carburants plus propres tels que diesel, essence et kérosène à faible teneur en soufre.

Les catalyseurs de reformage : Les catalyseurs au nickel s’utilisent largement dans la production d’hydrogène par vaporeformage du méthane. Le nickel catalyse efficacement la conversion du méthane et de la vapeur en hydrogène et monoxyde de carbone, selon un procédé fondamental à la production d’hydrogène pour un éventail d’usages industriels.

Q : Quels sont le s autre s usage s de l’acie r inoxydable et des alliages au nickel chez Topsoe ?

Pour tous les appareils et tuyauteries, nous sélectionnons les alliages en fonction des mécanismes de dégradation possibles dans le milieu concerné et des propriétés mécaniques requises à température ambiante et à haute température. Les alliages doivent aussi supporter les variations rapides au démarrage et à l’arrêt des systèmes,

Les alliages au nickel sont particulièrement importants pour les milieux aqueux à fortes concentrations en chlorures dans les unités d’hydrotraitement, ou pour les milieux secs à très haute température, comme ceux de certains éléments de brûleurs dans la production de gaz de synthèse.

Q : Quelle est la partie la plus intéressante de votre travail ? Qu’est-ce qui vous passionne le plus pour l’avenir ?

Dans mon rôle précédent de spécialiste et directrice des matériaux, le plus intéressant était la sélection des alliages les plus adaptés aux milieux rigoureux, la conduite des analyses de défaillance et l’acquisition des connaissances sur les matériaux et leurs mécanismes de dégradation dans les technologies de Topsoe. Mon but était de rendre mon intervention superflue en mettant sur pied des équipes d’experts des matériaux et de leur corrosion dans les procédés existants et émergents de Topsoe.

Le travail de mise sur pied et de développement d’un service d’experts composé de métallurgistes, d’ingénieurs soudeurs et de spécialistes en analyse par éléments finis est très gratifiant, surtout au vu de l’esprit d’équipe qui se déploie malgré une répartition entre trois sites différents.

Dans ma fonction actuelle au sein de l’équipe Excellence opérationnelle, j’aime planifier et faciliter les projets avec les équipes Analyse de la valeur et AMDEC (Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité) pour les systèmes exclusifs de Topsoe.

Motiver l’équipe à apporter de vraies améliorations aux différents systèmes sans compromettre leur qualité ou leur fiabilité, à produire des résultats de valeur et à les présenter aux parties prenantes concernées, tout cela est très exaltant.

Mon souhait pour l’avenir est de voir se développer les équipes d’accompagnement pour l’analyse des causes profondes, l’analyse de la valeur et l’AMDEC.

Les conseils de Maria Jose Landeira Oestergaard pour les jeunes qui envisagent une carrière touchant au domaine des matériaux : 1. N e refrénez jamais votre curiosité.

Ouvrez-vous aux nouvelles idées et remettez en question le statu quo.

2. R éfléchissez avant d’agir. Face à un défi, on se sent souvent mieux en y faisant quelque chose, mais on risque de ne pas choisir la manière la plus judicieuse de résoudre le problème pour accomplir la tâche.

3. P our les femmes dans ce secteur, il est important de ne pas avoir peur de donner son avis, d’exprimer ses idées et de montrer ce qu’on vaut. Les stéréotypes du genre « la science est une affaire d’hommes » perdurent. Les femmes de science ne sont pas acceptées dans certains pays, et dans d’autres elles ne sont prises au sérieux qu’une fois qu’elles ont démontré leurs connaissances et leurs capacités.

4. Choisissez une activité, un violon d’Ingres, une passion. Ce qu’on apprend hors de son travail est souvent directement applicable à des situations professionnelles et contribue à enrichir sa personnalité, quel que soit son métier. À mon avis, il faudrait suivre l’idéal d’Hal­d or Topsøe, fondateur de l’entreprise, selon lequel il faut laisser le monde dans un meilleur état que celui dans lequel on l’a trouvé, et je fais de mon mieux chaque jour, au travail et en dehors, pour contribuer à la réalisation de cet idéal.

NICKEL, VOL. 39, Nº 2. 2024 | 11

JUSTE LA BONNE DOSE LE NICKEL DANS LES ACIERS FAIBLEMENT ALLIÉS Beaucoup sont surpris d’entendre que le développement de nouveaux aciers faiblement alliés se poursuit activement à l’heure actuelle. N’a-t-on pas déjà tout compris sur les aciers, que l’on produit et utilise depuis des millénaires ? Bien que l’on en sache énormément, il y a sans cesse de nouveaux usages nécessitant des aciers dont les propriétés repoussent les limites existantes.

Prenons par exemple les mâts d’éo-

Et c’est le seul élément d’alliage à amé-

lienne en mer, qui doivent affronter des

liorer ces deux propriétés à la fois sans

conditions extrêmes. Ils doivent résis-

nuire significativement à la soudabilité.

ter aux fortes contraintes cycliques

Le nickel améliore les propriétés de

exercées par l’action du vent et des

résistance à la fatigue à la fois dans le

vagues tout en tolérant des tempéra-

métal de base et dans la zone affectée

tures tantôt glaciales, tantôt élevées. Il

thermiquement (ZAT) d’une soudure.

leur faut aussi une certaine résistance

Cependant, dans les aciers faiblement

à la corrosion et, plus important, ils

alliés, le nickel joue un rôle complexe,

doivent conserver ces propriétés

en particulier quand il est conjugué à

après le soudage. Pour porter de plus

d’autres éléments d’alliage. La difficulté

en plus haut des nacelles de plus en plus massives, les mats peuvent avoir

consiste à déterminer la teneur en nickel

une épaisseur de paroi allant jusqu’à

optimale, pour maximiser le rapport

150 mm et une hauteur atteignant ou

coût-avantages. Le Nickel Institute et

dépassant les 140 m.

deux grands producteurs de tôles d’acier sont en train de relever ce défi.

Il est bien connu que le nickel confère

Le diagramme ci-contre montre que l’ajout d’une toute petite quantité de nickel (0,30 %) suffit à améliorer de façon spectaculaire la ténacité à basse température des aciers au carbone ordinaires.

12 | NICKEL, VOL. 39, Nº 1. 2024

Énergie (J) absorbée à l’essai Charpy avec entaille en V trans

à l’acier des propriétés exceptionnelles,

Ils conduisent ensemble un grand

notamment une meilleure ténacité

projet de recherche sur trois ans

(résistance à la rupture et à la pro-

visant à étudier l’effet du nickel sur

pagation des fissures), en particulier

la ZAT et les propriétés de résistance

à basses températures. Le nickel

à la fatigue des tôles d’acier épaisses

augmente aussi la résistance aux

et de leurs soudures, en utilisant

contraintes d’un alliage.

l’alliage couramment utilisé dans les mâts d’éolienne. Exécutée par la firme

400 350 300

%C 0,11 0,11

% Si 0,38 0,30

% Mn 1,50 1,50

% Ni – 0,30

% Nb 0,02 0,02

Salzgitter Mannesmann Forschung, cette recherche a apporté des résultats utiles après la première année. Les

250

porteurs du projet recherchent d’autres

200

partenaires, l’objectif étant de mettre

150

au point un alliage répondant au cahier

100

des charges existant tout en offrant

50 0 -120 -100 -80

des propriétés améliorées réduisant le -60 -40 -20 Température (°C)

0

20

40

coût de fabrication avec « juste la bonne dose » de nickel.

NITINOL LE MÉTAL QUI SE SOUVIENT Le nitinol (UNS N01555) est un alliage de nickel et de titane en pourcentages atomiques à peu près égaux (55 à 56 % de nickel en poids). Le nitinol se distingue par ses propriétés de WWW.THINOPTICS.COM/FLEXIBLE-READING-GLASSES

mémoire de forme et de superélasticité hors du commun. Avec ses propriétés de mémoire de forme, il se déforme quand on le courbe, mais reprend sa forme d’origine quand il s’échauffe au-delà de sa température de transition.

Ces propriétés résultent d’une transi-

martensite produite par la déformation

tion de phase (une transformation de

en austénite annulant cette dernière.

la structure cristalline). En dessous de

De petits changements de composition

la température de transition, sa micro-

suffisent à modifier significativement la

structure est celle de la martensite,

température de transition de l’alliage.

tandis qu’au-dessus de cette tempéra-

Les températures de transition du

ture, c’est celle de l’austénite.

nitinol peuvent être fixées dans une

le nitinol est superélastique, en raison

Les propriétés du nitinol sont de plus

de la martensite qui se forme dans

en plus mises à profit pour la fabrica-

les zones soumises à une contrainte.

tion de produits de santé tels que stents,

Lorsque la contrainte est retirée, la

implants et montures de lunettes. Un

microstructure martensitique revient

stent doit être fortement comprimé

à l’état austénitique non déformé. Alors

pour pouvoir être inséré dans une

que la plupart des métaux ne peuvent

artère, mais une fois libéré, il se déploie

tolérer qu’une déformation minime

largement pour épouser sa paroi

(d’une petite fraction d’un pour cent)

interne et maintenir son ouverture.

WIKIMEDIA COMMONS

Au-delà de sa température de transition,

Pont de lunettes en nitinol

plage allant environ de -20 à +110 °C.

avant de changer définitivement de forme, le nitinol peut subir une déformation de 8 % et reprendre sa forme d’origine.

Un trombone déformé reprend sa forme initiale après une immersion dans de l’eau chaude.

De même, par l’effet de mémoire de forme, le nitinol reprend sa structure initiale après déformation. Pour fixer la forme d’origine, l’alliage doit être maintenu en position et chauffé jusqu’à environ 500 °C. Ce procédé est la mise en forme initiale. En dessous de sa température de transition, le nitinol

Les stents en nitinol peuvent être façonnés à une température donnée, repliés à un plus petit diamètre à une autre température, puis introduits dans une artère, où la chaleur de l’organisme ramène le matériau au-dessus de sa température de transformation pour qu’il reprenne sa taille d’origine.

reprend sa forme initiale après avoir été déformé. Un simple réchauffement du nitinol suffit à retransformer la

NICKEL, VOL. 39, NºNICKEL, 2. 2024VOL. | 1339, Nº 1. 2024 | 13

LE SAVIEZ-VOUS ?

LES EXPERTS DU NICKEL INSTITUTE RÉPONDENT À VOS QUESTIONS

Q R

Q : L’acier inoxydable de nuance 316L convient-il pour un réservoir d’eau chaude utilisé avec de l’eau potable à 20 mg/l de chlorures ?

R : Les chlorures posent problème

d’eau chaude est en général un

pour toutes les nuances d’acier

système clos contenant de la vapeur

inoxydable, à cause du risque de

en son sommet. Les chlorures

piqûration, mais chacune a son

présents s’évaporent dans l’espace

propre degré de résistance, qui

occupé par cette vapeur, se déposent

dépend surtout de sa composition.

sur sa surface et s’y concentrent au fi l

Une plus forte teneur en chrome et en

du temps. Si cette surface n’est pas

molybdène est bénéfique. Cependant,

rincée périodiquement, par aspersion

le risque de piqûration dépend de

d’eau ou par le contenu liquide du

beaucoup d’autres facteurs tels que le

réservoir, les chlorures peuvent se

fi ni de surface du matériau et le pH, la

concentrer jusqu’à entraîner une

température et la teneur en oxygène

piqûration. Par ailleurs, au-dessus de

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/ 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 X : @NickelInstitute 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. 39, Nº 2.

1. 2024

60 °C, il y a aussi un risque de corro-

ambiante, le 316L est généralement

sion sous contrainte induite par les

considéré comme résistant aux

chlorures. Si on fait le nécessaire pour

chlorures jusqu’à une concentration

prévenir la concentration des

de 1000 mg/l. Cependant, un réservoir

chlorures, le 316L devrait convenir.

Accumulation des chlorures et acidification sur la paroi d’un réservoir dans l’espace contenant la vapeur.

10 000

¨

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

utilisés. Avec de l’eau à température

Concentration en chlorures (ppm)

NICKEL

EN LIGNE

et en contaminants des liquides

17 mois Résultats d’une étude japonaise

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/

15 mois

1 000 6 mois 3 mois

100 Phase liquide 10 8

7

6

5

4

Acidité croissante (pH)

3

¨

2

1

0

Le nickel se décline sous de nombreuses formes, depuis les nanofils jusqu’aux aciers inoxydables.

Mais quelles propriétés en font un élément essentiel dans tant d’objets du quotidien ?

Pourquoi le nickel ?

LE NICKEL DANS LES PONTS ROUTIERS

La plupart des structures en béton sont renforcées par des barres d’armature.

Pourquoi ? Le béton résiste bien à la compression, mais résiste mal à la traction. Et il se fissure facilement. L’acier, en revanche, résiste bien aux deux et ne rompt pas facilement aux températures normales.

Comme un pont routier doit conjuguer les deux types de résistance aux contraintes, on pose des barres d’armature avant de couler le béton. Cela rend le pont assez résistant pour supporter un trafic considérable.

Le sel nuit à l’acier. Les sels de voirie et le sel marin peuvent traverser le béton et commencer à corroder l’acier. Cette corrosion finit par entraîner la fissuration et la désagrégation du béton, qui nécessite alors des réparations entraînant à leur tour des bouchons sur les routes.

Il est possible de prévenir la corrosion en utilisant des barres d’armature en acier inoxydable au nickel. Le nickel renforce leur résistance au sel et aux contraintes pour qu’elles durent plus d’un siècle.

Quand les barres d’armature contiennent du nickel, les déplacements routiers sont plus rapides et plus sûrs dans la durée.

Codes UNS

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

UNS

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

N01555 p. 13

0,07 max.

0,05 max.

0,01 max.

0,01 max.

0,05 max.

–

–

–

0,05 max.

54,0 à 57,0

–

–

–

restant

S30403 p. 8

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.

–

S31600 p. 2, 16

0,08 max.

–

16,0 à 18,0

–

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

–

–

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

–

S31603 p. 2, 5

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.

–

S31635 p. 2

0,08 max.

–

16,0 à 18,0

–

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

0,10 max.

–

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

5x(C+N) min. à 0,70 max.

NICKEL, VOL. 39, Nº 1. 2024 | 15

CAT VINTON

LA SERRE À CORAUX Le premier et le seul musée sous-marin d’Australie, créé par le sculpteur britannique Jason deCaires Taylor, détient le record du monde Guinness de la plus grande structure artistique subaquatique.

Les coraux se propagent sur un assortiment de sculptures prenant pour modèles les enfants des environs.

L’ouvrage est une commande de la municipalité de Townsville financée par l’État du Queensland et le gouvernement fédéral australien.

Matériaux : Acier inoxydable au nickel, zinc, ciment à pH neutre, basalte et agrégats

La serre à coraux (Coral Greenhouse)

sa protection contre les conditions

pèse 165 tonnes et se compose d’acier

météorologiques défavorables, la serre

inoxydable résistant à la corrosion de

intègre un grand socle de ciment, des

nuance 316 (S31600) et de matériaux

amarres anticycloniques et des fermes

à pH neutre. Reposant sur le fond du

triangulaires à centre de gravité

récif John Brewer et haute de 12 m, la

abaissé pour plus de stabilité. De

serre est entièrement immergée sous

plus, les pannes et la partie haute des

16 m d’eau de mer. L’artiste explique

chevrons présentent une résistance

que la charpente biomorphique est

minimale à l’énergie des vagues tout

façonnée sur le modèle de la nature,

en créant un substrat élevé idéal pour

pour « mettre au premier plan les

les organismes fi ltreurs et un lieu de

différents domaines d’étude tels que les

rassemblement pour les bancs des

sciences de la mer, la coralliculture ou

poissons. Situé à environ 80 km de

l’art et l’architecture subaquatiques et

Townsville, dans le Queensland, ce

environnementaux ». Il poursuit en pré-

magnifique sanctuaire incorpore des

Emplacement : Récif John Brewer (Australie)

cisant que la serre « constitue un point

matrices de formes complexes, où

de départ et une nouvelle perspective

les petits poissons échappent à leurs

Profondeur : 16 m

pour comprendre la Grande Barrière

prédateurs, et des enclaves de verre, où

Date d’installation : 2019

de corail et son écologie ». Pour assurer

s’abritent poulpes et oursins.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.39,39,NºNº2.1.2024 2024