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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme ISO 4957 de décembre 1999 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 4957 "Aciers à outils" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).
RÉSUMÉ
Face à la demande croissante d’énergie et à l’appauvrissement des ressources fossiles, l’hydrogène est poussé sur le devant de la scène, car pressenti comme un vecteur énergétique alternatif intéressant. La filière hydrogène comprend bien sûr la production et la conversion de l’hydrogène, mais également son stockage et son transport. Cet article passe en revue les matériaux mis en œuvre lors de ces deux étapes. Pour que le déploiement de l’économie d’hydrogène se fasse sous des conditions respectueuses de l’environnement, le cahier des charges et la sélection de ces matériaux doivent être sérieusement repris.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Florence LEFEBVRE-JOUD : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Laurent BRIOTTET : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Olivier GILLIA : Ingénieur-chercheur CEA LITEN
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Fabien Nony : Ingénieur-chercheur CEA DAM Le Ripault
INTRODUCTION
Faisant suite à une première partie consacrée aux matériaux impliqués dans la production et la conversion de l'hydrogène, cette seconde partie se concentre sur les matériaux mis en œuvre pour le transport et le stockage de l'hydrogène.
L'hydrogène est déjà communément stocké dans des bouteilles hyperbares et transporté dans des réseaux de pipelines pour ses applications dans l'industrie chimique, sidérurgique et pétrochimique. Toutefois, son déploiement dans le cadre d'une économie hydrogène respectueuse de l'environnement modifie significativement le cahier des charges de ces deux étapes. Le coût du transport et de la distribution de l'hydrogène reste trop élevé tandis que la capacité volumique des réservoirs d'hydrogène constitue un verrou technologique majeur pour son utilisation comme carburant automobile.
Le cahier des charges spécifique de chacune de ces deux applications est rappelé afin d'introduire les matériaux sélectionnés, leurs principales propriétés et leur mise en œuvre. Pour conclure, les enjeux actuels spécifiques des différents matériaux et des applications sont présentés.
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Sélection et revue des propriétés clés des matériaux par application
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1. Cahiers des charges des matériaux pour le transport et le stockage de l'hydrogène
1.1 Contexte du développement d'une filière transport et stockage de l'hydrogène
Face à la demande croissante d'énergie et à l'appauvrissement des ressources fossiles, l'hydrogène constitue un vecteur énergétique alternatif pertinent susceptible de compléter efficacement le vecteur électricité . Plus qu'un simple vecteur, il peut aussi être utilisé comme moyen de stockage de l'énergie, ce qui donne une autre dimension à la filière hydrogène. Le contexte et la pertinence du développement d'une filière hydrogène pile à combustible est exposé dans la première partie. Cette partie détaille par exemple les problématiques matériaux de la production d'hydrogène par électrolyse et de l'utilisation de l'hydrogène dans une pile à combustible fournissant de l'électricité. Cette deuxième partie est dédiée aux problématiques matériaux soulevées dans le transport et le stockage de l'hydrogène.
Les thématiques de stockage et de transport se rejoignent dans le sens où l'objectif commun est de contenir l'hydrogène. Cela pose le problème de la perméation de l'hydrogène à travers les parois qui le contiennent, ainsi que des problèmes de fragilisation par l'hydrogène. Le stockage implique aussi la nécessité de densifier l'hydrogène qui bénéficie certes d'une très bonne capacité énergétique massique (33 kWh/kg), mais n'a qu'une très faible capacité énergétique volumique (cf. § 1.3 ). Cela pose le problème de trouver ou d'utiliser efficacement des matériaux à haute résistance mécanique pour le stockage en pression ou bien de fabriquer des matériaux légers...
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Cahiers des charges des matériaux pour le transport et le stockage de l'hydrogène
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ELANM (C.C.), GREGROIRE PADRO (C.E.), SANDROCK (G.), LUZZI (A.), LINDBLAD (P.), FJERMESTAD HAGEN (E.) - Realizing the hydrogen future : the International Energy Agency's efforts to advance hydrogen energy technologies. - International Journal of Hydrogen Energy, vol. 28, no 6, p. 601 (2003).
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(2) - CASTELLO (P.), TZIMAS (E.), MORETTA (P.), PETEVES (D.) - Techno-economic assessment of hydrogen transmission and distribution systems in Europe in the medium and long term. - European Commission, Directorate General Joint Research Centre (2005).
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(3) - SOJKA (J.) - Fragilisation par l'hydrogène d'aciers faiblement alliés dans l'industrie nucléaire – Rôle de la microstructure et de l'état inclusionnaire. - Thèse de doctorat École centrale, Paris, juil. 1997.
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(4) - STERN (S.A.) - Polymers for gas separations : the next decade. - J. of Memb. Sci., 94, p. 1-65 (1994).
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(5) - NAITO (Y.), MIZOGUSHI (K.) et al - * - J. Pol. Sci, Polym. Phys., 29, p. 457-462 (1991).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Base de données sur les hydrures
Groupement de recherche Acthyf http://www.gdr-acthyf.cnrs.fr
Projet européen STORHY http://www.storhy.net
Projet européen NESSHY http://www.nesshy.net
Base de données matériaux hydrures
Department of Energy (DOE) aux USA http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
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