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Optimiser le choix des composants pour les véhicules à hydrogène

Optimiser le choix des composants pour les véhicules à hydrogène

5 mai 2020 | Chuck Hayes, ingénieur principal

Partout dans le monde, des investissements importants ont été réalisés dans les véhicules à hydrogène ainsi que dans l’infrastructure nécessaire pour développer ce type de mobilité.

Pour quelle raison ? Alors que les constructeurs automobiles s’efforcent de fabriquer des véhicules toujours plus performants et moins polluants, la technologie des piles à hydrogène suscite un intérêt grandissant. Dans les véhicules à hydrogène, un moteur électrique est alimenté par une pile à combustible qui produit du courant à partir d’hydrogène gazeux et d’oxygène. Le résultat est une absence totale d’émissions polluantes, une puissance considérable et un couple suffisant pour motoriser des véhicules lourds.

Il s’agit d’une technologie prometteuse dont le marché est en train d’évoluer rapidement. Les gouvernements et les leaders du secteur s’attachent à régler les obstacles à son adoption et investissent massivement dans le soutien au développement de ces moyens de transport. Du point de vue des composants, nous travaillons à proposer des solutions permettant à la technologie des piles à hydrogène d’atteindre tout son potentiel, que ce soit à bord des véhicules ou dans l'infrastructure naissante qu’il faudra développer pour permettre une utilisation à grande échelle de ces véhicules.

Plusieurs points importants doivent être pris en compte pour garantir la fiabilité des véhicules et de l’infrastructure associée, au moment de choisir et de spécifier les composants qui seront utilisés dans ces systèmes. Voici quelques aspects qu’il faudra toujours avoir à l’esprit :

L’importance du choix des matériaux. Si la lutte contre la corrosion est une considération importante dans toutes les applications utilisant des raccords pour tubes, le problème que pose le confinement de d'hydrogène est spécifique et unique. L’acier inoxydable 316 – un alliage très répandu pour fabriquer des raccords, des vannes et des tubes utilisés notamment dans les véhicules à hydrogène – est sujet au phénomène de fragilisation par l’hydrogène.

Celui-ci se produit en partie parce que l'hydrogène est constitué de très petites molécules, des molécules si petites qu’elles peuvent se déplacer à l’intérieur de la structure cristalline cubique du matériau, ce qui a pour effet de distendre le réseau, compromettant ainsi l'intégrité du matériau. La fragilisation par l’hydrogène peut en effet amener certains types d’acier inoxydable à se comporter comme de la fonte, c’est-à-dire comme un matériau très cassant et sensible à la fissuration.

Par conséquent, les personnes chargées de concevoir des infrastructures destinées aux moyens de transport à hydrogène doivent faire très attention à la composition de l'acier inoxydable utilisé. Une teneur plus élevée en chrome et en nickel peut apporter une protection contre la fragilisation par l'hydrogène en favorisant une plus grande ductilité et une résistance accrue à la corrosion. Si l’American Society for Testing and Materials (ASTM) impose une teneur minimale en nickel de 10 % dans la composition de l’acier inoxydable 316, un acier contenant au moins 12 % de nickel sera plus adapté aux problèmes particuliers posés par l’hydrogène. Swagelok utilise un acier inoxydable dont la teneur en nickel est au moins de 12 %.

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La performance sous pression. L’absence de fuites est essentielle dans tout système fluide. Or, dans des applications destinées aux véhicules à hydrogène ou aux infrastructures associées, certains points doivent être bien étudiés au moment de sélectionner et de spécifier les composants utilisés pour les raccordements.

Tout d'abord, l’hydrogène stocké est fortement comprimé. Plus la pression est élevée, plus l'autonomie du véhicule est importante. Dans les véhicules à hydrogène d’aujourd'hui, l'hydrogène est stocké à une pression de 350 ou 700 bar (5000 ou 10 200 psi) selon les besoins de l’application. Pour une flotte de véhicules couvrant de faibles distances, par exemple, l’hydrogène est souvent stocké à une pression de 350 bar (5000 psi), dans la mesure où chaque véhicule retourne chaque soir à une plateforme centrale où il pourra faire le plein. Pour des distances plus longues, comme dans le cas du transport routier, un stockage à 700 bar (10 000 psi) offre une plus grande autonomie, l’objectif des fabricants étant d’atteindre 1000 km (400 miles). Des pressions plus élevées nécessitant des composants plus performants, les solutions traditionnelles ne sont tout simplement plus applicables.

La résistance aux vibrations est un autre point essentiel. Même si les vibrations sont présentes dans de nombreuses applications industrielles, les raccords utilisés dans le secteur des véhicules à hydrogène doivent impérativement pouvoir résister de manière efficace aux vibrations répétées et constantes produites par un véhicule en mouvement. Les raccords filetés à extrémité conique, par exemple, sont fabriqués à la main. La préparation des tubes peut varier en qualité d’un monteur à l’autre. Or, l’hydrogène ne tolère aucune imperfection. Ses molécules de petite taille étant capables de s’échapper par le moindre interstice, la plus petite fuite peut devenir un problème majeur. Seuls des raccords de haute technologie comme les raccords Swagelok série FK peuvent garantir de bonnes performances dans de telles applications.

Des composants propres à une application. Dans l’ensemble du secteur des moyens de transport à hydrogène coexistent des véhicules dont la conception et les besoins en composants diffèrent. Prenons l’exemple des transports urbains, un secteur porteur pour les véhicules à hydrogène. Parce que les réservoirs de stockage sont situés sur le toit, la structure des bus demande une certaine souplesse par rapport aux bus des lignes longue distance. Ainsi, des flexibles capables de supporter des pressions de 350 bar (5000 psi) en toute fiabilité apporteront une certaine souplesse à l’installation, comparée à la rigidité des tubes en acier.

Il est alors important que le choix des flexibles se fasse selon les bons critères. Pour les mêmes raisons qui font que des tubes et des raccords fabriqués dans un acier inoxydable 316 de qualité supérieure doivent être utilisés dans toutes les applications qui mettent en œuvre de l’hydrogène, des flexibles avec tube central en polymère et tresse métallique ne suffiront pas sur des bus à hydrogène. Les concepteurs devront avoir les mêmes considérations à l’esprit pour choisir des flexibles fabriqués dans des matériaux de qualité et adaptés à une application particulière.

Un service fiable. Pour concrétiser les possibilités offertes par le secteur des moyens de transport à hydrogène, les concepteurs et les fabricants devraient chercher à travailler avec des fournisseurs de composants possédant une vaste expertise dans le domaine de l’hydrogène.

Nos équipes travaillent sur des systèmes acheminant des gaz, et notamment de l’hydrogène, depuis que l’entreprise existe. Notre expertise dans la performance des composants et notre grande connaissance de la physique des matériaux, associées à des services et une assistance fiables et disponibles dans le monde entier, aideront les fabricants du secteur des véhicules à hydrogène à saisir de nouvelles opportunités où qu’elles se trouvent.

Vous désirez en savoir plus ? Contactez Swagelok aujourd’hui pour savoir comment nous pouvons vous aider à construire des véhicules et des infrastructures fiables pour le secteur des moyens de transport à hydrogène.

En savoir plus sur les solutions de Swagelok pour les véhicules à hydrogène

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