Visite des laboratoires RICE à 360°: laboratoires Procédés et Caractérisation des Gaz (1/4)

Premier épisode de notre visite virtuelle en immersion dans les installations R&D de RICE à Villeneuve la Garenne : découvrez les laboratoire Procédés et Caractérisation des Gaz

Cette visite guidée en 1'47'' est assurée par Marie de Renty, Responsable du lab Procédés et Caractérisation des Gaz.

Nous vous conseillons de passer en plein écran, pour plus de confort.  Et n'oubliez pas d'utiliser votre souris pour visualiser l'ensemble de nos installations !

https://www.youtube.com/watch?v=9XCEDS_u_aw

60e ANNIVERSAIRE DU GERG : RICE, un contributeur clé pour le GERG biométhane

Le 2 décembre 2021 lors de la deuxième journée de la conférence anniversaire du GERG ont été abordés les travaux menés autour du biométhane. Amélie Louvat de RICE y a été invitée pour présenter les travaux de recherche menés par le PRCI (Pipeline Research Council International) auxquels RICE contribue.


Par ailleurs, le projet GERG Biométhane a été présenté lors de la session. A cette occasion, retour sur la contribution clé de RICE dans les travaux.

|Un apport important de RICE dans l’expertise corrosion|L’étude CARABIO, une brique essentielle pour les dernières étapes sur la qualité des biométhanesDepuis le lancement du projet GERG Biométhane, RICE a été force de proposition et s’est positionné comme un contributeur clé sur les impacts corrosion des composés traces et de l’oxygène (O2), ainsi que sur le partage et le développement des connaissances sur la qualité du biométhane.

Le projet GERG Biométhane vise la suppression des barrières techniques liées à l'injection dans les réseaux gaziers et aux usages du biométhane issu de méthanisation afin de renforcer les conditions d'un développement sûr et d'assurer un positionnement compétitif du biométhane dans le système énergétique.

 

 

Figure : Feuille de route du projet GERG Biométhane (https://www.gerg.eu/project/biomethane/ )

 |Lors des phases 1 et 2a, RICE a réalisé, en collaboration avec le prestataire de contrôle et certification Kiwa (Pays-Bas), des revues bibliographiques critiques sur l’impact potentiel des composés traces du biométhane, ainsi que sur l’impact de l’O2 sur les puits et les installations de surface des stockages souterrains de gaz. Les résultats de ces recherches montrent le manque d’informations sur les possibles effets corrosifs des composés traces du biométhane sur l'infrastructure gazière et del’O2 sur les installations des stockages souterrains.

RICE a ainsi proposé d’approfondir le sujet avec Kiwa lors de la prochaine Phase 2c, via la réalisation de tests de corrosion spécifiques aux problématiques réelles : avec ces tests, RICE et ses partenaires apporteront des réponses sur les risques de corrosion,  dans des conditions représentatives des infrastructures gaz.

 

 

 |L’expérience acquise par RICE avec son étude CARABIO (CARActérisation des BIOméthanes) a été un fondamentale pour la proposition de deux études intégrées dans la phase actuelle du projet GERG biométhane (2b) et dans sa phase finale (2c, dernière en perspective aujourd’hui) :

 

Avec cette étude, RICE apportera des preuves expérimentales, non existantes dans la littérature, de la haute qualité d’un bioGNL regazéifié. Les résultats de cette étude pourraient être utilisés dans la norme EN 16723-2 pour mettre à jour le tableau de spécifications du bioGNL carburant, ou alors être une donnée d’entrée pour la rédaction d’une norme européenne pour ce carburant au sein du CEN/TC 408.

 

RICE effectuera des campagnes d’analyse type screening permettant d’apporter des données importantes pour la réalisation d’une étude statistique sur les composés traces dans le biométhane. L’un des atouts clés des campagnes RICE sera de proposer plusieurs  combinaisons de type d’intrants/type d’épuration, grâce à la diversité et au grand nombre des sites biométhane en France.

Avec son expertise en évaluation des analyseurs de gaz, RICE contribue à qualifier des outils pour la transition énergétique

Les analyseurs de gaz sont utilisés dans l’ensemble des infrastructures gazières pour s’assurer de la qualité des gaz injectés. Découvrez comme RICE les qualifie et s’assure qu’ils répondent aux besoins de chaque opérateur.

|Les analyseurs sont indispensables pour s’assurer de la conformité des gaz en lien avec la règlementation |RICE possède un laboratoire capable d’évaluer l’ensemble des analyseurs, notamment pour les nouveaux gazChaque opérateur d’infrastructure a ses propres besoins en termes d’installation, d’utilisation et de maintenance de ces analyseurs.

Lors de la mise sur le marché de nouveaux modèles, RICE peut qualifier au sein de ses laboratoires l’ensemble des analyseurs avant leur installation sur le terrain, et ainsi déterminer s’ils répondent aux besoins de chaque opérateur. L’augmentation de la part de gaz renouvelables sur le réseau conduit à une diversité des applications pour ces analyseurs : gaz naturel, biométhane, hydrogène ou méthane de synthèse, ou des mélanges de ces gaz. Présentation de cette expertise et moyens d’essais uniques en France.|Les analyseurs sont des outils permettant de mesurer pour un mélange gazeux :

Ils sont essentiels car ils permettent de s’assurer qu’un mélange gazeux est conforme à une réglementation ou à des spécifications techniques, et peut être injecté dans l’infrastructure gazière. En effet, pour autoriser l’injection, la règlementation exige certains seuils, minimum et maximum, pour toute une liste de composants et de propriétés physiques.

Il n’existe pas encore d’analyseur capable de déterminer l’ensemble des paramètres réglementaires. En fonction de la technologie (ex : chromatographie, spectrométrie…), l’analyseur est capable de mesurer un ou plusieurs paramètres.

Les analyseurs sont utilisés sur le terrain, par exemple au niveau de points d’interface entre opérateurs, de postes d’injection de biométhane, ou en laboratoire, comme chez RICE pour permettre la caractérisation des nouveaux gaz comme le biométhane dans le cadre du projet Caractérisation du Biométhane (Carabio).

 

|De nouveaux analyseurs sont régulièrement mis sur le marché par les fabricants. Qu’il s’agisse d’une demande d’un client ou qu’ils soient identifiés dans le cadre de l’activité de veille permanente, RICE réalise un ensemble de tests sur ces analyseurs afin de s’assurer de leur conformité : fiabilité des résultats, dérive dans le temps, résistance à des variations de températures, interférences avec les autres composés présents dans les gaz …

L’objectif pour RICE et ses clients est de trouver des analyseurs fiables, répondant à leurs besoins métrologiques mais aussi opérationnels (conditions d’installation, fréquence de maintenance…) et dont les coûts d’achats et de maintenance sont les plus faibles possibles.

Pour ce faire, RICE a mis en place des protocoles de tests sur un à deux mois, avec des études en laboratoires puis des études statistiques afin d’obtenir des résultats les plus représentatifs possibles du comportement des analyseurs.

Le centre de R&D dispose d’équipements uniques en France avec une gazothèque très complète permettant de simuler une multitude de mélange gazeux, couvrant les composés majoritaires mais surtout les composés traces pouvant être retrouvés dans les matrices hydrogène, gaz de synthèse, biométhane, gaz naturel, ...
Les conditions de température du terrain peuvent également être recrées en laboratoire grâce à des dispositifs prévus à cet effet.
Son activité en lien avec les exploitants de réseau lui permet également d’aller prélever des échantillons directement sur le terrain, ou d’installer l’analyseur sur un poste en conditions réelles pour le tester sur une plus longue durée.

RICE propose aussi d’accompagner les fournisseurs et les porteurs de technologies dans le développement d’un nouveau matériel d’analyse, notamment en les conseillant sur les besoins et contraintes des opérateurs des infrastructures gazières, mais aussi en mettant à leur disposition ses moyens d’essais, en particulier sa gazothèque

Avec le développement des filières des nouveaux gaz (hydrogène, méthane de synthèse, biométhane), encore plus d’analyseurs sont mis sur le marché et l’activité a ainsi été multipliée par trois : RICE évalue aujourd’hui une dizaine d’analyseurs tous les ans, contre 2 à 5 par an il y a 10 ans, et contribue de ce fait à qualifier les outils indispensables à la transition énergétique.

Journées Hydrogène : l'impact des mélanges GN/H2 en industrie

Les Journées Hydrogène dans les territoires 2021 organisées par France Hydrogène, la Communauté Urbaine de Dunkerque Grand Littoral et la Région Hauts-de-France réunissent les différents acteurs de l'hydrogène pour se rencontrer et échanger autour du déploiement de l'H2 en France. Elle se sont déroulées en septembre et RICE y participait : retour sur l'intervention de Lorella Palluotto.

GRTgaz et RICE étaient présents durant ces journées, Lorella Palluotto, ingénieur R&D chez RICE est notamment intervenue sur le thème : " Les mélanges hydrogène et gaz naturel en industrie : quels impacts ?
"Cela fait plusieurs années que l’hydrogène, pur ou mélangé avec du gaz naturel, est au cœur des activités de RICE. L’étude des mélanges hydrogène/gaz naturel est devenue incontournable, avec un nombre croissant de projets d’injection d’hydrogène et de méthane de synthèse dans le réseau de gaz. Dans cette présentation, je dresse le bilan des travaux de RICE et de GRTgaz autour des impacts de ces mélanges sur les applications industrielles. L’implication de RICE dans de nombreux projets, en France, en Europe et dans le monde, nous donne des premiers résultats de l’acceptabilité de ces mélanges par les clients industriels. Une étape franchie vers l’intégration des nouveaux gaz dans notre réseau de transport. " - Lorella Palluotto
Vous pouvez retrouver la présentation de Lorella Palluotto sur les mélanges GN/H2 : disponible en téléchargement ici  

« Nouveaux méthanes » : de nouvelles filières à industrialiser

Pour renforcer la place du gaz dans le mix énergétique et contribuer à ce que l’industrie gazière tire le meilleur profit de la transition énergétique en cours, RICE revendique une expertise de pointe dans l’étude des nouveaux gaz et, plus particulièrement, dans la préparation des réseaux – transport et distribution - à leur développement.

Dairo Ballestas Castro est le coordinateur de notre programme « Préparer les réseaux à l'arrivée des Nouveaux méthanes ».

De « nouveaux gaz » pour un nouveau mix énergétique|« Nouveaux gaz » ou « Nouveaux méthanes » ?|Les « Nouveaux méthanes », un défi à part|Un vaste programme qui mobilise nos équipesPour pallier les effets de la crise climatique et tirer le meilleur profit des innovations technologiques disponibles, la France s’est engagée, aux côtés des autres États-membres de l’Union européenne, dans un ambitieux processus de transition énergétique. Le gouvernement français y consacre beaucoup de moyens pour, notamment, créer l’impulsion à travers tout le secteur de l’énergie. Par conviction et pour répondre aux attentes des instances de régulation, nous nous inscrivons pleinement dans cette dynamique positive. Notre ambition : préparer les réseaux à l’arrivée des « nouveaux gaz » pour renforcer la place de l’énergie gaz dans le mix énergétique qui sera issu de cette transition.|

Ainsi, nous avons décidé d'étudier les nouveaux gaz à travers deux programmes différents : l’un dédié au seul hydrogène et l’autre focalisé sur les « nouveaux méthanes » (ces derniers assimilés au gaz naturel). Un programme autour du transport du CO2 est aussi envisagé à court terme.

En France, la définition de biométhane est donnée au méthane issu de la digestion (méthanisation) des biomasses comportant ensuite une étape d’épuration. Cette appellation est encadrée par l'arrêté du 23 novembre 2011 fixant la nature des intrants dans la production de biométhane pour l'injection dans les réseaux de gaz naturel. La filière biométhane est bien industrialisée en France, qu’il s’agisse des techniques de production et d’épuration, de son injection et de son acheminement, ainsi que de son cadre règlementaire. Des optimisations sont nécessaires et font l’objet d’études visant, entre autres, la diminution du coût du biométhane injecté et l’amélioration des pratiques de maitrise des risques.

Les autres « nouveaux méthanes » sur lesquels nous travaillons sont issus de procédés de pyrogazéification à partir d’intrants divers (dont biomasse différente de celles définies par l'arrêté de 2011) et la gazéification hydrothermale d’intrants liquides. Nous ne savons pas, à ce jour, si nous pouvons appeler ces gaz « biométhane » au sens de la réglementation. Sans doute faudra-t-il faire évoluer cette dernière et aboutir à une nouvelle définition de ces « nouveaux méthanes » qui puisse faire consensus (méthanes bas-carbone ? méthanes renouvelables ?).

|Le programme « Préparer les réseaux à l'arrivée des Nouveaux méthanes » comporte trois volets : le premier consiste à s’assurer que l’injection et l’acheminement de ces « nouveaux gaz » peuvent se faire en toute sécurité et à diminuer les coûts d’injection du biométhane ; le deuxième comprend toutes les actions R&D nécessaires pour s’assurer que les technologies de production, développées pour ces « nouveaux méthanes », seront prêtes pour que la filière soit industrialisée ; enfin, le troisième concerne les « nouveaux réseaux » avec, par exemple, ce que l’on appelle l’autoconsommation de biogaz et aussi la collecte des gaz bruts, pour réaliser une épuration et une injection centralisées à des fins d’optimisation économique.|En 2019, nous avons élaboré une première feuille de route 2020-2030 avec GRTgaz, puis initié une démarche similaire avec le PRCI en Amérique du Nord. Nous espérons, à court terme, pouvoir accompagner d’autres opérateurs de réseaux dans la définition de leurs objectifs. C’est un levier important d’identification des efforts qui peuvent être mutualisés et bénéficier des expertises solides de nos équipes RICE.||https://researchbyrice.com/wp-content/uploads/2019/04/3.jpg|https://researchbyrice.com/wp-content/uploads/2019/07/GRTgaz-P19601.jpg||||||

Pour y parvenir, il convient de promouvoir de « nouveaux gaz », renouvelables et responsables, d’encourager les actions nécessaires pour aboutir à des technologies de production industrialisées, ainsi que d’anticiper la maîtrise des impacts de leur injection dans les réseaux, existants ou à construire.

Parmi ces « nouveaux gaz » nous comptons l’hydrogène, les « nouveaux méthanes » et encore le CO2. Les « nouveaux méthanes » comportent le biométhane de méthanisation, injecté en France depuis 2011, ainsi que les gaz assimilés au gaz naturel issus de nouvelles filières comme la pyrogazéification ou la gazéification hydrothermale.

Ces « nouveaux méthanes » doivent être étudiés pour garantir une injection en toute sécurité dans les réseaux et contribuer au cadre réglementation à établir ou à renforcer. C'est l'objet du programme « Préparer les réseaux à l'arrivée des Nouveaux méthanes », que je coordonne.

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Les filières pyrogazéification et gazéification hydrothermale pour l’injection de gaz dans les réseaux sont en cours de développement. Nos efforts de Recherche & Développement & Innovation en cours visent la démonstration technologique de ces procédés de production (couplés ou non à une étape de méthanation). Pour ces deux filières, nos efforts de Recherche & Développement & Innovation portent, sur les technologies de production de ces gaz (contribution aux partenariats de démonstration) et sur la connaissance approfondie des matrices gaz pour garantir leur injection et leur acheminement en toute sécurité dans les réseaux de transport et de distribution. Des études autour de la filière, comme l’analyse de cycle de vie et la valorisation des co-produits contribuent aussi au développement de ces filières.

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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|Un portage multi-acteurs fournissant un effet de levier intéressant pour ses membres|Deux enjeux pour RICE : la mise en œuvre d’un nouveau cadre normatif et son application aux recherches sur l’hydrogène|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.|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.|||||||||||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.||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).|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.https://researchbyrice.com/wp-content/uploads/2021/03/20161124_102012_RichtoneHDR-003-scaled-e1616600410495.jpg||https://researchbyrice.com/wp-content/uploads/2021/03/Chaire-MESSIAH-1-1-e1616599055508.jpg|https://researchbyrice.com/wp-content/uploads/2021/03/Chaire-MESSIAH-schema.pngMacro-éprouvette SENT Standard & Mini-éprouvette prélevée (Dimensions : 1,5 mm x 1,5 mm)||Photo d’un dispositif de prélèvement |Méthodologie de caractérisation d un dispositif de prélèvement

Avec FenHYx, RICE éclaire le futur de l'hydrogène

Le développement de la recherche autour des nouveaux gaz, et en particulier de l'hydrogène, occupe une place primordiale dans la transition énergétique dans laquelle RICE souhaite s'engager.

Comme l'explique Tanguy Manchec, coordinateur du programme Hydrogène, l'installation de la plateforme FenHYx a pour objectif de répondre à ces préoccupations, en offrant des moyens d'essais de pointe à nos ingénieurs engagés sur ces sujets de recherche.

Le programme de recherche FENHYX
Le plateforme de recherche FenHyx (Future Energy Networks for Hydrogen and miX) vise à tester la capacité des infrastructures gazières existantes, comme nouvelles, à transporter et intégrer l'hydrogène.

Ce développement, piloté par RICE, démontre son engagement à devenir l'un des leaders mondiaux de la R&D pour l'injection d'hydrogène dans les infrastructures de transport, distribution, stockage et les terminaux méthaniers.

La plateforme FenHYx comprend plusieurs modules de test uniques dont l’utilisation permet aux chercheurs, ingénieurs et techniciens du RICE de lever les verrous techniques liés à l'injection d'hydrogène dans les réseaux. Plus précisément, FenHYx permet de tester les matériaux et équipements (neufs ou existants) dans les conditions de fonctionnement des réseaux en hydrogène.

En synthèse cette plateforme de R&D innovante pour les infrastructures gazières et la filière hydrogène permet d’accélérer :

Les premiers modules de la plateforme FenHYx à disposition étaient des bancs d’essais pour la qualité du gaz ou la modélisation de phénomènes dangereux. Le deuxième module, axé sur la résistance des matériaux et les essais d'équipements, a nécessité de nouveaux bancs dédiés à l'hydrogène qui sont opérationnels depuis fin 2021 sur le site RICE d'Alfortville .

Les travaux concrets menés dans le cadre du programme :

Les différents axes de recherche au sein du programme FenHYx visent donc à tester les équipements et canalisations qui permettront demain le transport d’H2, en mélange ou pur.

Dans la vidéo ci-dessous, Lorena Cuccia, ingénieure de recherche Qualité des gaz, et Jean-Luc Fabre, ingénieur de recherche Détection gaz, présentent des exemples des premiers travaux réalisés sur le site Sibelius de RICE à Villeneuve la Garenne :

Dairo Ballestas Castro, coordinateur de programme

Dairo Ballestas Castro coordonne le programme « Préparer les réseaux à l’arrivée de nouveaux gaz » . Auteur d’une thèse sur les réacteurs catalytiques micro-ondes, il est docteur en Génie des Procédés.

Dès l’obtention de son doctorat, il s’oriente vers le monde de l’énergie, en commençant par le secteur pétrolier. Il y travaille sur la séparation des constituants du pétrole brut en pétrole raffiné et autres fluides, gaz et liquides, et conduit aussi des études sur les calculs d’équipements pour les raffineries. Au fil de sa carrière, Dairo mène également des expériences en quadri-génération, pour la production de vapeur d’eau, de chaleur, d’eau froide et d’électricité, mais aussi de CO² alimentaire. En 2013, il intègre, en qualité d'ingénieur de recherches en détection, l'équipe qu’il dirige désormais en tant que coordinateur du programme « Préparer les réseaux à l’arrivée de nouveaux gaz ». En parallèle, il s’intéresse aux problématiques liées à la qualité et à l'analyse des gaz et reprend, en 2017, le pilotage de ces travaux.