Une conception plus sûre des cuves d'hydrogène à haute pression
Des stations d'approvisionnement en hydrogène ont été mises en place mais les normes internationales n'abordent pas de façon appropriée l'aggravation de la fatigue dans les cuves d'hydrogène à haute pression. Bénéficiant d'un financement de l'UE, le projet MATHRYCE (Material testing and recommendations for hydrogen components under fatigue) avait pour objectif de combler cette lacune. Le projet a réuni des leaders mondiaux dans les domaines du développement des normes ainsi que de la production et du stockage de l'hydrogène. Le Centre commun de recherche (CCR) de la Commission européenne a également participé au projet, ainsi que des organisations gouvernementales de trois pays européens. Plusieurs composants de la chaîne d'approvisionnement en hydrogène, comme les compresseurs à haute pression et les coussins de pression dans les stations de ravitaillement en hydrogène, sont soumis à des cycles de charge. En Europe, les réglementations locales qui ont été conçues ne prennent pas suffisamment en compte la fatigue spécifique au stockage de l'hydrogène sous pression. Pour quantifier l'effet de l'hydrogène sur la résistance à la fatigue, les chercheurs ont adopté une approche à la fois numérique et expérimentale. Les résultats ont fourni des conditions représentatives et accessibles pour effectuer des tests en laboratoire. Dans le même temps, une campagne d'essais en laboratoire et sur le terrain a été lancée pour évaluer l'effet de l'hydrogène sur l'acier. Les chercheurs ont fabriqué des spécimens et des cuves réelles dans un acier CrMo avec une microstructure trempée de type martensite et bainite. Cet acier est souvent utilisé pour fabriquer des récipients sous pression destinés au transport et au stockage de l'hydrogène, mais il est sensible à la fragilisation par ce gaz. Dans des conditions de cycles de charge et d'hydrogène à haute pression, l'occurrence et le développement de fissures risquent de s'accélérer. Les partenaires de MATHRYCE ont développé des instruments de test pour détecter l'apparition de fissures de fatigue et mesurer leur croissance en condition d'hydrogène sous pression. Les résultats des tests sous haute pression d'hydrogène ont servi de point de départ à la conception d'une méthodologie simple à mettre en œuvre pour évaluer les réservoirs haute pression. Elle se base sur les données de fatigue obtenues à partir des tests en laboratoire, combinées aux données obtenues en testant en grandeur réelle des cylindres soumis à des cycles de charge. La conception des cuves métalliques sous pression peut maintenant se baser sur une connaissance solide de l'influence de paramètres tels que la pression et la fréquence de chargement, sur la fatigue aggravée par l'hydrogène. Les résultats de MATHRYCE ont permis d'élaborer des recommandations pour les organismes internationaux de normalisation (ISO, CEN) et ont ouvert la voie à d'importantes économies dans la conception de la future infrastructure destinée à l'hydrogène.
Mots‑clés
Cuve d'hydrogène à haute pression, technologie de pile à combustible, normes internationales, MATHRYCE, acier Cr-Mo
