Clefs n°59 été 2010
Clefs n°59 été 2010
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de été 2010

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 160

  • Taille du fichier PDF : 16,5 Mo

  • Dans ce numéro : les matériaux au coeur du processus d'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 74 - 75  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
74 75
72 Des matériaux dédiés aux nouvelles technologies pour l’énergie Des systèmes de stockage robustes et sûrs pour l’hydrogène Faire de l’hydrogène l’énergie de demain suppose non seulement d’en fabriquer massivement mais aussi d’en assurer la distribution à tout moment et en tout point du territoire. Cet impératif induit que soit préalablement résolue la question du stockage de cette énergie. Démoulage d’un liner en polyuréthane à l’issue d’un cycle de rotomoulage réactif. Le cycle typique d’élaboration se déroule à 40 °C, pendant 15 à 45 minutes, en fonction de la taille des pièces et de la formulation. CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 L a raréfaction des ressources fossiles et la limitation des rejets de gaz à effet de serre militent en faveur d’une évolution de notre système d’approvisionnement énergétique. Sur la palette des solutions alternatives possibles, la filière hydrogène apparaît comme une candidate très sérieuse, à moyen terme. En effet, différentes études confirment que l’introduction rapide de l’hydrogène dans le système de production d’énergie pourrait contribuer à réduire considérablement les émissions de CO 2. Par exemple, dans le secteur des transports routiers qui représente 85% des réductions concernées, le développement des technologies de l’hydrogène permettrait de réduire de 50% les émissions de C0 2 et de 40% la consommation de pétrole d’ici 2050 (1). Pour découpler les ressources et la demande en énergie en vue de favoriser le déploiement d’une véritable « économie de l’hydrogène », le stockage de ce nouveau vecteur énergétique revêt une importance décisive puisqu’il s’avère « nécessaire pour assurer une adéquation satisfaisante entre la disponibilité et la demande, elle-même variable dans le temps » (2). Stocker l’hydrogène : les hypothèses envisagées Parvenir à stocker l’hydrogène pour le rendre disponible en tout point du territoire sera difficile et coûteux. La raison tient à sa très faible masse molaire et à sa très basse température de liquéfaction, notamment lors d’un stockage mobile. En contrepartie, l’hydrogène présente une densité massique d’énergie très avantageuse (33 kWh/kg contre environ 12 kWh/kg pour l’essence ou le diesel) ainsi qu’une densité volumique d’énergie très faible (3 kWh/Nm 3 – en conditions normales de température et de pression – contre respectivement 8,8 et 10 kWh/litre pour l’essence et le diesel). Autant de caractéristiques qui autorisent la conception de systèmes de stockage nécessitant une faible masse d’hydrogène, comparée aux masses d’hydrocarbures embarquées, notamment à bord de véhicules. En revanche, ces systèmes requièrent un volume important. Par exemple, pour un véhicule dont l’autonomie serait d’environ 500 km, les objectifs techniques visent la conception d’un réservoir de 5 kg d’hydrogène, ce qui correspond à un stockage d’environ 90 kg et 125 litres portés à 700 bars ou 70 MPa. Par ailleurs, les caractéristiques intrinsèques de l’hydrogène, notamment son inflammabilité, son explo - sivité dans certaines conditions de confinement et de stoechiométrie, mais également ses applications finales, imposent une conception robuste et sûre des systèmes de stockage lui étant dédiés. Dans cette optique, il faut garder à l’esprit l’utilisation extensive du gaz naturel (méthane ou butane/propane) afin de s’en inspirer pour les applications industrielles stationnaires et (1) HyWays, The European Hydrogen Roadmap, HTTP://EC.EUROPA.EU/RESEARCH/ENERGY/NN/NN_PU/HYWAYS/ARTICLE_0001_EN.HTM. (2) L’hydrogène, énergie du futur ?, Alleau (Thierry), EDP Sciences, 2007. P.Stroppa/CEA
Vessies internes des réservoirs hyperbares, de type IV, obtenues par rotomoulage réactif de polyuréthane. Il s’agit d’une technologie basée sur des liners thermodurcissables développée et brevetée en collaboration avec la société Raigi. mobiles. Autres modèles à garder en mémoire, celui de l’hydrogène au niveau industriel : près de 1 600 km de réseau de transport d’hydrogène pur, sous 10 MPa, par pipeline, opéré majoritairement par Air Liquide dans le Nord de la France, la Belgique et l’Allemagne ou encore celui de l’éclairage des rues de Paris réalisé entre 1815 et 1971, avec un mélange de gaz composé pour moitié d’hydrogène (gaz de houille). Classiquement, l’hydrogène peut être stocké sous trois formes : soit à l’état liquide (à 20 K ou – 253 °C) dans des réservoirs étanches et bénéficiant d’une isolation thermique renforcée ; soit à l’état gazeux sous pression ; soit encore à l’état solide, piégé dans des matrices susceptibles de le restituer ultérieurement à la demande. Pour les transports ou les applications stationnaires, le stockage à l’état liquide ou cryogénique prévaut dès que les capacités atteignent plusieurs centaines de kilogrammes et au-delà. En revanche, avec des volumes ou des quantités plus classiques, ce système de stockage perd en compétitivité technico-économique. D’où le positionnement des chercheurs du CEA sur deux axes de développement majeurs à savoir : • le stockage comprimé de l’hydrogène, voie la plus prometteuse au regard des résultats acquis, des besoins et des marchés à court et moyen termes ; • le stockage solide des hydrures pour des applications plus spécifiques comme les portables et ultraportables (téléphones, ordinateurs...). À l’heure actuelle, le stockage sous forme de gaz comprimé demeure le mode le plus mature, tant du point de vue scientifique qu’industriel. Et pour cause : depuis longtemps déjà, les bouteilles de gaz comprimé font partie intégrante de notre société (plongée sous-marine, air respirable pour les pompiers, butane/propane pour les applications domestiques, gaz industriels et médicaux...). L’expérience a montré la robustesse et la sûreté de ces dispositifs. Pour stocker le gaz comprimé, il existe aujourd’hui quatre types de réservoirs utilisés en fonction des applications et des pressions de service recherchées : • le réservoir de type I, entièrement métallique, a été généralement conçu en acier faiblement allié pour résister à la fragilisation de l’hydrogène (par exemple, 35 CD 4 un acier faiblement allié au chrome-molybdène à traitement thermique (3)) ; • le réservoir de type II, de même architecture que le précédent, présente, en plus, un renfort local (ou frettage) sur la partie cylindrique, le plus souvent réalisé en fibre de verre ; ce renfort permet d’alléger sensiblement les bouteilles ou d’accroître leur pression de service ; • le réservoir de type III, conçu en aluminium, en acier faiblement allié ou en acier inoxydable, dispose P.Stroppa/CEA d’un liner interne (ou vessie) métallique (4) renforcé d’une coque composite intégrale ; dans l’hypothèse d’un fonctionnement en hautes pressions, ces coques composites se réalisent en fibres carbone longues, imprégnées de matrices polyépoxyde ; • le réservoir de type IV, également dénommé « réservoir tout composite », présente la même architecture que le réservoir de type III, mais avec un liner interne en plastique (5). Les réservoirs de type III et IV se sont rapidement imposés comme standards de développement pour le stockage de l’hydrogène à haute pression (pression 35 MPa et classiquement jusqu’à 70 MPa). En effet, ils peuvent seuls répondre aux contraintes de compacité et de masse imposées par la logistique d’approvisionnement mais aussi aux contraintes d’intégration sur des plateformes de véhicules. Entre ces deux modèles, le CEA privilégie la technologie du stockage haute pression de l’hydrogène dans des réservoirs tout composite et donc de type IV. Il faut dire que ces réservoirs, contrairement à leurs homologues à vessie métallique (type III notamment), bénéficient d’une exceptionnelle résistance à la fatigue thermomécanique, c’est-à-dire aux cycles successifs de remplissage/vidange. Leur principale qualité réside donc dans une excellente durée de vie. De plus, les réservoirs de type IV permettent également d’atteindre des densités de stockage massiques 20 à 30% supérieures à celles des réservoirs de type III à liner en acier. Les technologies de fabrication Quatre techniques principales prévalent pour la fabrication des réservoirs.• Concernant la réalisation de la vessie interne d’étanchéité en polymère, le CEA développe, en (3) Dans cet alliage : C : 0,37%, Mn : 0,79%, Cr : 1%, Mo : 0,18%, Si : 0,30%. (4) Le réservoir repose sur le principe des poupées gigognes constitué de deux enveloppes. La première, nommée liner, est l’enveloppe interne dont la fonction première consiste à assurer l’étanchéité de l’hydrogène. L’enveloppe extérieure, ou coque composite, figure comme la partie structurante du réservoir qui lui permet de résister aux différentes sollicitations mécaniques et thermomécaniques (pressions, agressions...). (5) Dans la partie du stockage comprimé, l’aspect hyperbare est commun à tous les réservoirs gazeux comprimés (fonctionnant donc à une pression supérieure à la pression atmosphérique). Machine de rotomoulage permettant de mettre le moule en rotation, sur deux axes orthogonaux, pour assurer une répartition optimale de la matière au cours du processus de mise en forme réactive. Le moule comprend un réseau de canaux véhiculant un fluide caloporteur permettant d’obtenir une excellente homogénéité de température sur toute la surface du moule. P.Stroppa/CEA CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 73



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Clefs numéro 59 été 2010 Page 1Clefs numéro 59 été 2010 Page 2-3Clefs numéro 59 été 2010 Page 4-5Clefs numéro 59 été 2010 Page 6-7Clefs numéro 59 été 2010 Page 8-9Clefs numéro 59 été 2010 Page 10-11Clefs numéro 59 été 2010 Page 12-13Clefs numéro 59 été 2010 Page 14-15Clefs numéro 59 été 2010 Page 16-17Clefs numéro 59 été 2010 Page 18-19Clefs numéro 59 été 2010 Page 20-21Clefs numéro 59 été 2010 Page 22-23Clefs numéro 59 été 2010 Page 24-25Clefs numéro 59 été 2010 Page 26-27Clefs numéro 59 été 2010 Page 28-29Clefs numéro 59 été 2010 Page 30-31Clefs numéro 59 été 2010 Page 32-33Clefs numéro 59 été 2010 Page 34-35Clefs numéro 59 été 2010 Page 36-37Clefs numéro 59 été 2010 Page 38-39Clefs numéro 59 été 2010 Page 40-41Clefs numéro 59 été 2010 Page 42-43Clefs numéro 59 été 2010 Page 44-45Clefs numéro 59 été 2010 Page 46-47Clefs numéro 59 été 2010 Page 48-49Clefs numéro 59 été 2010 Page 50-51Clefs numéro 59 été 2010 Page 52-53Clefs numéro 59 été 2010 Page 54-55Clefs numéro 59 été 2010 Page 56-57Clefs numéro 59 été 2010 Page 58-59Clefs numéro 59 été 2010 Page 60-61Clefs numéro 59 été 2010 Page 62-63Clefs numéro 59 été 2010 Page 64-65Clefs numéro 59 été 2010 Page 66-67Clefs numéro 59 été 2010 Page 68-69Clefs numéro 59 été 2010 Page 70-71Clefs numéro 59 été 2010 Page 72-73Clefs numéro 59 été 2010 Page 74-75Clefs numéro 59 été 2010 Page 76-77Clefs numéro 59 été 2010 Page 78-79Clefs numéro 59 été 2010 Page 80-81Clefs numéro 59 été 2010 Page 82-83Clefs numéro 59 été 2010 Page 84-85Clefs numéro 59 été 2010 Page 86-87Clefs numéro 59 été 2010 Page 88-89Clefs numéro 59 été 2010 Page 90-91Clefs numéro 59 été 2010 Page 92-93Clefs numéro 59 été 2010 Page 94-95Clefs numéro 59 été 2010 Page 96-97Clefs numéro 59 été 2010 Page 98-99Clefs numéro 59 été 2010 Page 100-101Clefs numéro 59 été 2010 Page 102-103Clefs numéro 59 été 2010 Page 104-105Clefs numéro 59 été 2010 Page 106-107Clefs numéro 59 été 2010 Page 108-109Clefs numéro 59 été 2010 Page 110-111Clefs numéro 59 été 2010 Page 112-113Clefs numéro 59 été 2010 Page 114-115Clefs numéro 59 été 2010 Page 116-117Clefs numéro 59 été 2010 Page 118-119Clefs numéro 59 été 2010 Page 120-121Clefs numéro 59 été 2010 Page 122-123Clefs numéro 59 été 2010 Page 124-125Clefs numéro 59 été 2010 Page 126-127Clefs numéro 59 été 2010 Page 128-129Clefs numéro 59 été 2010 Page 130-131Clefs numéro 59 été 2010 Page 132-133Clefs numéro 59 été 2010 Page 134-135Clefs numéro 59 été 2010 Page 136-137Clefs numéro 59 été 2010 Page 138-139Clefs numéro 59 été 2010 Page 140-141Clefs numéro 59 été 2010 Page 142-143Clefs numéro 59 été 2010 Page 144-145Clefs numéro 59 été 2010 Page 146-147Clefs numéro 59 été 2010 Page 148-149Clefs numéro 59 été 2010 Page 150-151Clefs numéro 59 été 2010 Page 152-153Clefs numéro 59 été 2010 Page 154-155Clefs numéro 59 été 2010 Page 156-157Clefs numéro 59 été 2010 Page 158-159Clefs numéro 59 été 2010 Page 160