Caractérisation des Aciers pour le Transport de l’Hydrogène – CATHY (ANR-05-PANH-0006)

Les canalisations dédiées au transport d'hydrogène pur sont aujourd'hui construites en aciers non alliés à faible limite d'élasticité type A42, ou en aciers faiblement alliés de type Cr-Mo, et opèrent le plus souvent entre 5 bar et 85 bar. Aucun problème majeur n'est connu à ce jour sur le transport de l'hydrogène pur par canalisations. Ces aciers sont pourtant connus pour être sensibles aux phénomènes de fragilisation par l'hydrogène gazeux mais seulement lorsque les structures subissent des macro déformations plastiques correspondant à des niveaux de chargement mécaniques anormaux ou alors lorsqu'elles sont soumises à des sollicitations dynamiques de fatigue.
Et de fait il s'agit de réseaux de longueurs modestes (1500 km au total environ en Europe, 3000 km au total dans le monde), dimensionnés avec un coefficient de sécurité élevé faisant qu'à la pression maximale de service le taux de chargement de l'acier est souvent réduit par rapport aux préconisations des codes de conceptions. De plus ces canalisations ne sont soumises qu'à de faibles fluctuations de pressions. Elles sont enfin étroitement surveillées et la probabilité de présence de défauts géométriques ou d'occurrence d'agressions mécaniques externes en service est très faible.
En revanche, les canalisations de transport de gaz naturel existantes (pression 85 bar) sont construites en aciers non alliés allant des basses nuances (A42), à des hautes nuances (X70). Des nuances plus élevées (X80) commencent à être posées et des nuances émergentes (X100, X120) font l'objet d'intenses développements afin de diminuer les coûts de transport en limitant les épaisseurs pour des pressions très élevées. (les gains attendus sont de 15 à 25% sur le transport).
Il s'agit d'un réseau nettement plus étendu qui comporte des risques d'agressions mécaniques externe en service et pour lequel la probabilité de présence de défauts géométriques de toutes sortes (défauts de corrosion externe sévères, agressions mécaniques) est nettement plus grande que pour les réseaux précités. Au niveau de ces défauts les sollicitations mécaniques d'exploitation peuvent engendrer des macro ou micro déformations plastiques sur lesquels peuvent être potentialisés les effets de fragilisation hydrogène. Par ailleurs les nuances mécaniques les plus hautes (à partir de X70) sont a priori plus sensibles à la fragilisation hydrogène.
Compte tenu de la demande future en hydrogène énergie, le déploiement d'une infrastructure hydrogène utilisant le réseau gaz naturel (Mélange GN-H2 ou H2 pur) actuel ou de nouvelles canalisations (H2 pur) exigera de reconsidérer les règles de design et d'évaluation de l'intégrité en vigueur, pour tenir compte de ce risque spécifique de fragilisation.
Ce lot 1 se focalise sur la détermination des propriétés mécaniques et à rupture des aciers pour canalisations ayant subies de la déformation plastique en présence de mélanges gaz naturel-hydrogène et hydrogène pur. Afin d'être complémentaire au projet européen Naturalhy (Projet Intégré du 6ème PCRD), les conditions d'études privilégiées sont :
- des mélanges riches en hydrogène (> 50%) ou hydrogène pur
- des aciers hautes nuances existantes et émergentes