Mini-Eprouvettes pour le Suivi en ServIce des structures avec Application au transport d'Hydrogène – MESSIAH

Les structures industrielles de production et de transport d'énergie sont conçues pour avoir une durée de vie supérieure à 40 ans. La connaissance de l'évolution du comportement des matériaux sur de très longues périodes est donc cruciale pour assurer la sécurité et la fiabilité de ces installations.
Par ailleurs, dans le cadre de la décarbonation des sources d'énergie, l'hydrogène produit par exemple
par électrolyse de l'eau jouera un rôle important. Il est envisagé de collecter
et de distribuer l'hydrogène ainsi produit en employant les réseaux existants. Il est alors crucial de qualifier l'aptitude des tronçons
au transport de l'hydrogène gazeux.
Afin de permettre le suivi de l'évolution des matériaux tout au long de la durée de vie des installations
et de qualifier leur aptitude au transport de l'hydrogène, le programme de la Chaire MESSIAH propose d'utiliser des mini-éprouvettes usinées dans des coupons extraits des installations.
L'utilisation de mini éprouvettes permet de réaliser des tests à partir de prélèvements ne nécessitant pas de réparation souvent coûteuse voire impossible.
Elles permettent également de réaliser les essais pour le contrôle de production,
la réception des équipements et le développement de nouveaux matériaux pour lesquels
peu de matière est disponible.
Les mini-éprouvettes seront constituées de barreaux de traction, de barreaux entaillées, d'éprouvettes Charpy mais aussi d'éprouvettes de mécanique de la rupture telles que les éprouvettes de Compact Tension et les Single Edge Notch Tensile qui devront être miniaturisées. Les résultats obtenus sur les mini-éprouvettes seront comparés à ceux obtenus pour des éprouvettes "standard".

L'emploi de mini-éprouvettes permettra également de caractériser des zones
hétérogènes à l'échelle du millimètre. Il s'agit en particulier des soudures et des
zones ségrégées dans les gros composants forgés. La technique peut être employée sur
les matériaux à l'état de réception ainsi qu'après vieillissement.
Ce protocole expérimental sera de plus adapté pour
qualifier l'effet de l'hydrogène.
Il est envisagé (par ordre de difficulté) de réaliser des essais sur (i) des mini-éprouvettes
préalablement chargées en H par électrolyse, (ii) les mêmes éprouvettes mais en
maintenant l'électrolyse durant l'essai mécanique, (iii) enfin en réalisant les
essais sous pression partielle d'hydrogène. La comparaison des résultats avec le
matériau non chargé permettra alors de qualifier l'effet de l'hydrogène sur le
comportement mécanique et la rupture.

Les objectifs du projets sont:
(i) développer une procédure de caractérisation mécanique du comportement plastique et à rupture à partir de coupons millimétriques prélevés in situ,
(ii) étendre cette procédure pour étudier la fragilisais par l'hydrogène,
(iii) proposer une méthodologie d'analyse des résultats et de transfert vers les éprouvettes "standard" et les structures,
(iv) Sur la base de ces résultats, les partenaires universitaires et industriels rédigeront des lignes directrices pour la réalisation d'essais sur des éprouvettes de taille inférieure, l'interprétation de ces essais et le transfert des résultats aux éprouvettes standardisées. La rédaction de ces lignes directrices, ou pré-normes, contribuera à diffuser les résultats du programme de la chaire auprès de l'industrie et d'autres partenaires universitaires.

La chaire MESSIAH regroupe un producteur de tubes d'acier employés dans le transport
de l'énergie (Mannesmann) et trois acteurs majeurs
(GRTgaz, EdF, Air Liquide). Tous ces acteurs pourront directement employer
les méthodologies proposées dans le cadre de la chaire.
Un développeur/diffuseur de logiciels (Transvalor) assurera la valorisation des
développements numériques réalisés au cours du projet.