Webcast : Validation des tubes en acier de Vallourec pour le transport et le stockage de l'hydrogène

Le 10 novembre dernier, Vallourec et World Oil ont organisé un webcast explorant les avantages et les défis de l'utilisation de tubes en acier pour le stockage et le transport de l'hydrogène. Laurent Delattre, Marketing & Development Manager pour l'hydrogène, et Florian Thébault, Principal Corrosion Engineer, ont couvert, pendant leur présentation, la fragilisation par l'hydrogène, les méthodologies de test des tubes de Vallourec et ses produits validés pour ce vecteur énergétique. Le webcast a rencontré un grand succès, attirant 237 participants dans le monde entier. Retrouvez dans cet article, les messages clés et les enseignements tirés de cette conférence en ligne.

L'hydrogène fait depuis longtemps la une des journaux en tant qu'énergie sans carbone susceptible de mener la transition vers l'énergie verte. Pour atteindre cet objectif, il faudra toutefois développer considérablement les infrastructures de stockage et de transport de cette molécule. Les nouveaux équipements qui seront spécifiquement conçus et construits à cette fin seront notamment composés de matériaux en acier. Cependant, l'hydrogène présente des défis techniques spécifiques pour les tubes en acier, et des tests approfondis devront être réalisés avant que les tubes de transport et de stockage puissent être homologués pour l'hydrogène.

Les avantages de l'utilisation de pipelines pour le transport et le stockage de l'hydrogène sont nombreux. « D'un point de vue technique, les pipelines permettent un flux d'énergie plus important que le réseau de transport d'électricité », explique Laurent Delattre. À mesure que la production et l'utilisation de l'hydrogène augmenteront, la réutilisation des pipelines en acier existants s'avérera une option de transport et de stockage rentable. Les nouveaux pipelines peuvent également combler des manques, là où les pipelines existants ne sont pas disponibles. Le développement des infrastructures prendra toutefois du temps. »

De même, les chaînes d'approvisionnement en hydrogène nécessiteront de nombreux espaces de stockage à différentes étapes, et Vallourec en développe différentes solutions. « Les cylindres sont des récipients sous pression qui peuvent stocker de l'hydrogène à des pressions très élevées, généralement jusqu'à quelques tonnes d'hydrogène, précise Laurent. Ils constituent donc une excellente solution pour les stations de ravitaillement en hydrogène. Pour de plus grandes quantités d'hydrogène (1 - 10 - 100 tonnes), Vallourec développe des solutions de stockage dans des assemblages de tubes, en configuration verticale ou horizontale pour cette taille de stockage. Des tubes et connexions en acier sont déjà utilisés dans les puits pour les cavités salines souterraines destinées au stockage à long terme de l'hydrogène. »

Cependant, les tubes en acier conçus pour transporter et stocker l'hydrogène doivent surmonter plusieurs obstacles techniques.

La sécurité est une préoccupation majeure lorsqu'il s'agit d'hydrogène gazeux, qui est à la fois inflammable et explosif. Sans parler du fait qu'il s'agit également d'un gaz à effet de serre indirect. Les connexions filetées doivent être parfaitement étanches pour éviter les fuites d'hydrogène. En outre, lorsqu'il est utilisé avec l'hydrogène, l'acier employé doit garantir un niveau élevé de sécurité et de longévité

La fragilisation par l'hydrogène, également appelée fissuration assistée par l'hydrogène ou fissuration sous contrainte par l'hydrogène, représente un danger pour les tubes en acier. « La fragilisation par l'hydrogène se produit lorsque des atomes d'hydrogène sont absorbés par l'acier et qu'ils interagissent avec les dislocations générées par la déformation plastique, explique Florian Thébault. L'hydrogène réduit la distance entre les dislocations et favorise leur empilement, ce qui entraîne une accumulation de contraintes et réduit la contrainte nécessaire pour que l'acier se fissure. Dans le pire des cas, la fissuration peut entraîner des fuites d'hydrogène, ce qui présente un risque majeur pour la sécurité. »

La question est donc de savoir comment tester la capacité des tubes en acier à transporter de l'hydrogène en toute sécurité. « Malheureusement, peu de normes sont disponibles pour nous aider à réaliser les tests, explique Florian, et de nombreux aspects de la fissuration sous contrainte de l'hydrogène doivent être évalués. La composition de l'acier, y compris la dureté et les microstructures, peut affecter la probabilité de fissuration. Les contraintes résiduelles et les imperfections géométriques de l'acier peuvent faire de même. Les considérations environnementales sont également importantes, les ingénieurs devant tenir compte de facteurs tels que la pureté des gaz, la température et la pression. »

Pour valider l'utilisation de ses tubes en acier pour le transport et le stockage de l'hydrogène, Vallourec utilise des tests et des protocoles spécifiques. « Notre méthodologie porte sur des spécimens avec des entailles et explore l'interaction étroite entre l'hydrogène absorbé et les matériaux en acier, détaille Florian. Nous avons travaillé avec deux laboratoires différents, qui ont réalisé des tests de résistance à la rupture, en utilisant un déplacement constant pour étudier l'amorçage et l'arrêt des fissures. »

Cinq matériaux sans soudure Vallourec ont été testés, dont le X65 pour les pipelines, 3 nuances OCTG (VM55W OCTG [soudable], K55 et VM80S [utilisés avec des connections filetées]), et le réservoir sous pression 34CrMo4. Cela signifie qu'une grande variété de microstructures et de propriétés mécaniques ont été testées. Trois à cinq spécimens par produit ont été examinés dans chaque laboratoire. La propagation des fissures après exposition à l'hydrogène gazeux a également été analysée.

Les tests ont révélé que tous les produits Vallourec étaient adaptés au stockage de l'hydrogène, selon la norme ASME B31.21, une norme américaine portant sur les tubes sous pression, nous étions ravis de constater que les résultats des tests démontrent que nos tubes en acier pourraient également être utilisés à des pressions d'hydrogène plus élevées

« Sur la base de ces tests, conclut Laurent, nous pouvons être certains de la fiabilité des nuances d'acier de Vallourec pour les infrastructures d'hydrogène. Nous avons pu démontrer que notre nuance d'acier exclusive, tel que le VM80S, est optimisée pour la performance, la sécurité et l'intégrité. Vallourec dispose ainsi d'une base solide pour poursuivre l'homologation de ses tubes en acier et fournir des solutions de transport et de stockage sûres et efficaces aux clients qui développent des projets hydrogène. »

Vous souhaitez en savoir plus sur l'homologation des pipelines pour le transport et le stockage d'hydrogène ?

Contactez Laurent Delattre ou Florian Thébault

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