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LES HISTOIRES DE RICE

La Chaire MESSIAH, à la pointe sur les mini-éprouvettes

La Chaire MESSIAH, pour « Mini-Eprouvettes pour le Suivi en ServIce des structures avec Application au transport d’Hydrogène », est un projet de recherche monté en 2020 par RICE en partenariat avec plusieurs organisations.

La Chaire MESSIAH : un projet de changement d’échelle pour mieux cartographier le réseau

La Chaire MESSIAH, pour « Mini-Eprouvettes pour le Suivi en ServIce des structures avec Application au transport d’Hydrogène », est un projet de recherche monté en 2020 par RICE en partenariat avec plusieurs organisations.

Son objectif est de développer un protocole expérimental d’essais sur mini-éprouvettes, extraites de manière « quasi non destructive », de structures métalliques en service, afin d’en étudier les propriétés mécaniques en traction et à la rupture.

Ce projet répond à un besoin d’efficacité sur la connaissance du réseau : aujourd’hui, dans le contexte de la préparation du réseau à l’injection d’hydrogène, il est nécessaire de bien identifier les propriétés mécaniques de l’acier afin d’évaluer l’impact de l’hydrogène sur celles-ci. Lorsque ces dernières ne sont pas connues, un opérateur pourrait être amené à prélever un échantillon d’acier directement sur le réseau en exploitation, l’obligeant ainsi à interrompre le transit et à réparer le tronçon concerné, opérations entrainant des coûts et des contraintes opérationnelles non négligeables.

Les travaux de la Chaire MESSIAH sur les mini-éprouvettes ont donc pour objectif de valider un protocole permettant de qualifier les propriétés mécaniques du réseau de manière fiable à partir de petits prélèvements pouvant être effectués sans coupe : l’idée est d’usiner l’éprouvette la plus petite possible tout en prenant en compte la nature des chargements mécaniques sur le réseau (pression interne, flexion, traction) et l’effet d’échelle lié aux dimensions de l’éprouvette.

Macro-éprouvette SENT Standard & Mini-éprouvette prélevée (Dimensions : 1,5 mm x 1,5 mm)
Un portage multi-acteurs fournissant un effet de levier intéressant pour ses membres

Le portage de la Chaire

La Chaire MESSIAH s’inscrit dans un portage proposé par L’Agence Nationale de la Recherche (ANR), qui cofinance des projets de coopération entre établissement public d’enseignement supérieur et de recherche et acteurs industriels, dans leur phase de développement précoce (faisabilité et lancement d’une technologie). Dans le cadre de la Chaire MESSIAH, ARMINES est associée à cinq entreprises privées (GRTgaz, Air Liquide, Transvalor, EDF et Mannesmann) portant chacune un intérêt aux travaux menés. L’ANR, qui supervise le dossier sur une durée de 4 ans, le finance à 50% et les entreprises portent le reste du financement, ce qui leur garantit un contexte de recherche plus favorable que s’ils les menaient seuls.

Chaque industriel poursuit un intérêt particulier dans le projet et souhaite tester le protocole sur mini-éprouvettes en réponse à une problématique clairement définie. Dans le cas de GRTgaz, il s’agit de tirer parti de ces petits prélèvements faits sur le réseau, en vue d’établir une cartographie du réseau la plus exhaustive possible en termes de propriétés mécaniques.

De plus, les travaux sont menés en partenariat avec la structure d’enseignement ARMINES et portent donc des enjeux importants en termes d’enseignement, avec l’implication de plusieurs doctorants et post-doctorants entre autres.

 

Le calendrier du programme

Après une étude de faisabilité sur le sujet des mini-éprouvettes sous forme d’un doctorat Mines ParisTech de 2018 à 2020, le dossier de candidature de chaire industrielle (détaillant les principes du partenariat, les objectifs du projet, les défis techniques et les verrous technologiques à lever ainsi que le budget) a été déposé auprès de l’ANR en mars 2020 après 2 mois de préparation. L’équipe a été auditionnée par l’ANR au mois de mai et le sujet retenu en juillet. Les mois suivants ont permis de finaliser le montage du contrat entre les parties prenantes, notamment sur les aspects juridiques, pour une signature du projet en octobre 2020.

Les travaux ont commencé officiellement le 7 décembre 2020 et sont prévus pour quatre années, avec six lots (« work-package ») identifiés : protocoles d’essais, développement du dispositif de chargement en hydrogène, réalisation des essais mécaniques, classement et traitement des données, développement d’outils de simulation, méthodologie de transfert et rédaction d’une prénorme.

Deux enjeux pour RICE : la mise en œuvre d’un nouveau cadre normatif et son application aux recherches sur l’hydrogène

Les travaux de la Chaire répondent à deux enjeux principaux pour RICE. Tout d’abord, la caractérisation mécanique des matériaux via mini-éprouvettes est un sujet de recherche pour lequel aucun cadre normatif n’existe : si le protocole de recherche expérimental est validé et aboutit, le projet vise la rédaction d’une recommandation ou prénorme dans un premier temps concernant la mise en pratique de la démarche développée, voire à terme l’accréditation de ce type de méthodes auprès des interlocuteurs industriels, techniques, scientifiques et réglementaires.

À cette fin, plusieurs séminaires et actions de communication seront planifiés tout au long du projet afin de faire adhérer l’ensemble de la communauté industrielle à ce nouveau mode de prélèvement, en cours d’investigation à la date de rédaction de l’article (cf. photo d’un dispositif de prélèvement ci-contre).

Photo d’un dispositif de prélèvement

Par ailleurs, une fois le protocole validé, la méthodologie sera appliquée et utilisée pour alimenter la base de données matériaux communes RICE / DT, de même que les études actuellement menés par le RICE permettant d’identifier l’impact de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques de l’acier.

Méthodologie de caractérisation d un dispositif de prélèvement
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