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Validation des connexions VAM® pour le stockage de l’hydrogène

Un nombre croissant de grands acteurs de l'industrie énergétique se préparent à mener des projets d'injection et de stockage souterrains d'hydrogène.
24/11/2021
VAM

Un nombre croissant de grands acteurs de l’industrie énergétique se préparent à mener des projets d’injection et de stockage souterrains d’hydrogène. Avec la montée en puissance de cette solution, de grandes quantités d’hydrogène sont amenées à être stockées, servant de tampon dans les circuits d’approvisionnement ou de réserve pour les futures sources d’électricité. Dans cette perspective, Vallourec anticipe les besoins des clients de l’industrie énergétique en identifiant et en certifiant de manière proactive les solutions tubulaires afin de s’assurer qu’elles sont adaptées, testées et dûment validées pour les applications liées à l’hydrogène. 

Les tests physiques sur les connexions avec de l’hydrogène apportent une complexité supplémentaire ainsi que des préoccupations en matière de santé et de sécurité. Ce gaz hautement inflammable – et donc potentiellement très dangereux – nécessite une manipulation prudente et des connaissances spécialisées. En outre, les normes de qualification des connexions existantes ne sont pas considérées comme totalement pertinentes pour les puits d’hydrogène, ce qui amène les chercheurs à adapter leurs tests et leurs qualifications en conséquence. C’est ainsi que Vallourec veille à ce que ses connexions soient correctement testées et présentent les propriétés nécessaires à cette application très spécifique.

Conception d'un nouveau protocole de test

Habituellement, pour tester des connexions destinées à une utilisation avec des gaz, les ingénieurs utilisent de l’hélium comme traceur de gaz pour détecter d’éventuelles fuites. Cependant, les experts de Vallourec ont évalué les propriétés de l’hydrogène et ont découvert que l’hélium pouvait ne pas refléter avec précision les fuites potentielles d’hydrogène. Il a donc fallu mettre au point un tout nouveau protocole. 

Les particules d'hydrogène sont très petites, ce qui signifie qu'elles s'échappent facilement. L’hydrogène a également une faible viscosité, donc il est plus susceptible de fuir. Après l’avoir analysé et comparé avec l'hélium, nous avons conclu que les tests des connexions prévus pour une utilisation avec de l'hydrogène nécessiteraient des méthodologies nouvelles et spécifiques.
Vincent Designolle
Hydrogen Cluster Director

Vallourec a donc utilisé un mélange gazeux composé de 5 % d’hydrogène et de 95 % d’azote pour réaliser les tests, s’appuyant sur les travaux du laboratoire du Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM) qui prouvent qu’à ce ratio, le gaz se comporte comme de l’hydrogène à 100 %. Ce mélange 5 % / 95 % permet de renforcer la sécurité lors de la réalisation des tests sans compromettre leur précision.

« Grâce à ces connaissances, nous avons conçu un nouveau protocole rigoureux pour tester et qualifier notre connexion VAM® 21 », explique Pierre Martin, responsable R&D au Centre de recherche pour les connexions de Vallourec (VRCC). « Il s’agissait d’adapter notre dispositif de test pour détecter les fuites d’hydrogène et d’hélium en utilisant une nouvelle méthodologie de spectrométrie. Nous avons ainsi pu vérifier nos connexions selon un critère d’acceptation des fuites 10 fois plus strict que pour les applications OCTG (Oil Country Tubular Goods) ».

Des résultats qui parlent d'eux-mêmes

Nos ingénieurs ont pu tester les connexions VAM® 21 en interne, en utilisant les bancs de test de Vallourec qui peuvent appliquer jusqu'à 3 000 T de tension et 2 500 T de compression. Ils peuvent également simuler une flexion jusqu'à 2 000 000 N.m et une pression de gaz jusqu'à 2 400 bar (34 809 Psi) sur des connexions grandeur nature.

Avec cet équipement, les chercheurs ont étudié le comportement de VAM® 21 à des températures et des tensions pertinentes pour le stockage de l'hydrogène. Les tests réalisés sur des connexions VAM® 21 de 9 5/8" ont couvert avec succès des pressions internes allant jusqu'à 275 bar (4 000 Psi), avec une tension maximale de 440 T et une compression maximale de 440 T également. Les tests ont aussi été effectués à des températures allant de 10°C à 70°C, sur la base d’indications partagées par des clients de Vallourec travaillant sur des projets de ce type.

Nous avons appliqué un protocole qui couvrait une énorme gamme de pressions. Ces pressions étaient beaucoup plus élevées que les conditions habituelles attendues dans les cavernes de sel. Nous avons d'abord testé jusqu'à 275 bars, mais vers la fin de nos essais, nous avons poussé jusqu'à 560 bars, soit 8 100 Psi ; ce qui représente des niveaux bien supérieurs à ce que nous voyons dans des situations réelles.
Alvaro Rodriguez
Responsable Marketing et Développement pour les connexions destinées aux applications de transition énergétique

Sur la base de l’expertise et de la vaste expérience de Vallourec dans ce secteur, les ingénieurs prévoient que l’utilisation de l’hydrogène sera beaucoup plus cyclique que celle du gaz naturel. Ainsi, près de 6 000 cycles ont été réalisés, y compris des cycles dont la température, la pression et la compression variaient afin de simuler des modes de stockage saisonniers.

Engagés à contribuer à une réponse sur le long terme

Vallourec s’engage à rendre cette solution accessible au plus grand nombre d’opérateurs. « Pour que les applications d’hydrogène se développent davantage, les entreprises doivent pouvoir utiliser une technologie qui garantit la sécurité et la fiabilité des projets ainsi que de sa rentabilité sur le long terme », explique Vincent.  

Le secteur de l’énergie connaît une accélération du rythme des projets et des produits disponibles, et les projets liés à l’hydrogène bénéficient de financements de plus en plus importants. Le plan « Net Zero by 2050 » de l’Agence internationale de l’énergie prévoit que, sur la base des tendances en matière de stockage du gaz naturel, la capacité de stockage de l’hydrogène devrait atteindre environ 50 Mt d’ici 2050. Par conséquent, cette solution complexe mais potentiellement avantageuse est en passe de devenir une réalité matérielle pour les acteurs du secteur de l’énergie dans le monde entier. Le besoin de solutions techniques augmentera rapidement à mesure que le nombre de projets relatifs à l’hydrogène va se multiplier. 

Grâce à l’expertise, au travail et au dévouement de nos équipes de recherche, Vallourec a commencé à honorer les commandes de ses clients. Ainsi, les premières connexions VAM® 21 destinées à un projet pilote de stockage d’hydrogène ont déjà été livrées. 

Avec ces résultats, Vallourec réaffirme son engagement à préparer et qualifier dès maintenant ses matériaux et ses connexions pour les applications hydrogène. Nous contribuons à ouvrir la voie à un changement vital et radical, en jouant notre rôle dans la lutte contre le changement climatique. 

Un partenariat avec nos clients à chaque étape du processus

L’une des plus grandes forces du protocole de test pionnier de Vallourec est l’implication de nos clients. Grâce aux relations étroites et de longue date que nous entretenons avec eux, nous sommes en mesure d’adapter nos protocoles de test et nos solutions pour répondre parfaitement à leurs besoins. Alors que nous allons de l’avant, en qualifiant de plus en plus de dimensions pour cette application, nous nous engageons à garder les besoins de nos clients en tête de nos priorités, afin de nous assurer que nous effectuons les tests les plus pertinents et que nous créons les meilleures solutions pour les aider à construire un avenir plus vert.