Modèle et Outil pour le Dimensionnement et l’Evaluation de Réservoirs iNnovants à HYdrures pour les Transports – MODERNHY-T

Le projet MODERNHY-T se place dans la thématique du développement d'une chaîne hydrogène comme vecteur propre de l'énergie. Celle-ci n'a de sens que si l'on arrive à le stocker efficacement. Ce projet s'inscrit dans la thématique de l'approvisionnement en hydrogène et plus particulièrement celle du stockage par le développement de réservoirs d'hydrogène pour applications embarquées. Il focalise plus précisément encore sur le développement de réservoirs d'hydrogène à base d'hydrures, en particulier ceux couplant l'hydrure à une pression d'hydrogène moyenne (de l'ordre de 100 à 200 bars). Cette pression permet d'assurer un tampon pour améliorer la disponibilité d'hydrogène. Dans ce genre de réservoir, pour un matériau donné, l'efficacité découle directement de la gestion de la thermique. L'idée nouvelle proposée dans ce projet est de gérer correctement le matériau hydrure introduit dans l'échangeur thermique à l'aide de la mécanique des milieux granulaires. Un des objectifs est de réduire le volume et de gagner en efficacité en maximisant le contact de la poudre avec l'échangeur thermique. Cette tâche est particulièrement délicate lorsque l'on considère les gonflements et retraits de la poudre lors des cycles d'absorption/désorption. En regard de ces objectifs, les espaces vides de dilatation sont proscrits, mais les dilatations du matériau pulvérulent emprisonné dans des structures ajustées créent de fortes contraintes sur le conteneur. En complément, lorsque le matériau hydrure se contracte, il y a décroissance de contact thermique avec le conteneur, voire simplement perte de contact.
Ce projet part aussi de la constatation que l'homme de l'art est actuellement démuni pour dimensionner mécaniquement un conteneur rempli de poudre hydrure. La littérature se fait seulement l'écho d'observations sommaires rapportant une augmentation des contraintes – parfois importante – dans les parois d'un conteneur, mais aucun modèle prédictif n'est proposé. Notre étude vise au développement d'un tel modèle pour assurer le dimensionnement mécanique et thermique d'un conteneur d'hydrures.
Cet objectif implique de caractériser le matériau granulaire de manière extensive – thermiquement, mécaniquement et en cours de cyclage d'absorption désorption – et de développer en conséquence des échangeurs de chaleur qui répondent aux exigences sus-citées.

Le caractère dilatant et pulvérulent est commun à une majorité de matériaux dits hydrures (d'un simple TiFe à un hydrure complexe comme NaAlH4). Nous proposons cependant de focaliser notre étude sur un hydrure des plus performants du moment (un hydrure BCC, TiVCr) dans l'optique du développement de réservoirs hybrides pression-hydrure, qui semblent séduisant pour des applications embarquées.
Ce projet englobe donc un travail de recherche appliquée, alliant travail expérimental et modélisation du comportement mécanique d'hydrures, en même temps que la mise en place du couplage de ces effets à la thermique. L'aspect applicatif est également fortement présent puisque un module de test sera construit, suivant un cahier des charges enveloppe définit par deux industriels français, afin de valider les développements réalisés.