Réservoirs sous pression en PMC

Résumé du document

Le stockage de gaz sous forme comprimée est une pratique répandue depuis de nombreuses années. Aujourd'hui, le stockage sous pression concerne aussi bien les liquides que les gaz. Aussi il existe des fabricants de réservoirs haute pression qui travaillent selon des normes nationales et internationales bien établies.
Jadis essentiellement en version métallique, ces réservoirs de stockage présentaient un inconvénient pour certaines applications. En effet, les exigences de plus en plus poussées en termes de limite de poids et encombrement par rapport au volume de gaz ou de liquide souhaité ont conduit à la recherche de nouveaux procédés.
La situation a radicalement changée avec la technologie des structures en fibres bobinées (verre, aramide, carbone) et résine (thermodurcissable ou thermoplastique) qui permettent de travailler à des pressions beaucoup plus élevées tout en réduisant la masse et en évitant les risques de rupture explosive malgré des agressions externes sévères.
Depuis le milieu des années 90, la réglementation française homologue et autorise la mise sur le marché d'appareils haute pression en matériaux composites.
Ces réservoirs hyperbares peuvent être soit mobile (ex : réservoir H2 sur des véhicules) soit stationnaire (ex : station de remplissage H2 avec grande capacité de stockage et haute pression de service).
Nous exposerons dans ce dossier les différents types de réservoirs sous pression existants et les méthodes de fabrication possible. Nous comparerons leurs performances et présenterons les contraintes d'homologation et de tests associés. Enfin nous détaillerons quelques exemples des applications les plus courantes.

Extraits

[...] Nous exposerons dans ce dossier les différents types de réservoirs sous pression existants et les méthodes de fabrication possible. Nous comparerons leurs performances et présenterons les contraintes d'homologation et de tests associés. Enfin nous détaillerons quelques exemples des applications les plus courantes Architecture, conception et fabrication Architecture d'un réservoir sous pression Un réservoir hyperbare de type composite est généralement constitué de trois éléments principaux : une enveloppe intérieure étanche appelée liner : métallique (acier, aluminium) ou thermoplastique (polyéthylène, polyamide) Elle ne contribue pas à la tenue mécanique à la pression mais doit tenir à la fatigue engendrée par des cycles répétés de remplissage-vidange. [...]

[...] L'unique sous-produit de la réaction étant de l'eau, il n'y a pas d'émissions polluantes locales. Du point de vue de l'environnement, il reste à étudier les conditions de production de l'hydrogène utilisé. Fig 10 : schéma d'une pile à combustible 2. Exemple d'application de la pile à combustible : le programme Hydro-Gen Hydro-Gen est un programme de recherche subventionné par la Commission Européenne réunissant les partenaires suivants : Air Liquide, le CEA, Nuvera Fuel Cells Europe, Renault et Solvay. L'objectif est de développer une pile à combustible,à électrolyte polymère solide, alimentée par de l'hydrogène embarqué à bord du véhicule et stocké sous 350 bars. [...]

[...] Au lieu d'introduire la poudre de plastique dans le moule, ils placent les précurseurs des polymères à synthétiser (sous forme liquide). Ils se travaillent alors à plus basse température que la poudre déjà synthétisée. Figure 1 : mise en forme d'un liner métallique (source ref Figure 2 : rotomoulage d'un liner plastique (source ref Les renforts En ce qui concerne la fabrication du renforcement en composite, elle dépend de la structure du réservoir. Dans le cas des réservoirs cylindro-sphériques, le procédé utilisé consiste en un enroulement filamentaire. Celui-ci peut être de type circonférentiel, polaire ou hélicoïdal. [...]

[...] Ces essais, effectués sur réservoirs finis, représentatifs d'un lot de fabrication normale et choisis au hasard, sont de 2 types : un essai de rupture hydraulique sur une bouteille par lot, un essai de cyclage en pression avec une fréquence définie par les normes selon les applications Suivi en service Tout appareil sous pression doit être soumis à une requalification périodique ou réépreuve au cours de son utilisation ou de sa remise en service, ceci pour s'assurer de son opérationnalité et de ses limites de sécurité. Cette périodicité ne peut excéder 5 ans pour les réservoirs entièrement renforcés par des composites. La norme ISO 11623 et un document technique de la Compressed Gaz Association guident les personnes chargées de l'inspection visuelle des réservoirs. [...]

[...] La pression de service maximale des systèmes de stockage de LH2 est de 5 bars. L'isolation du réservoir doit répondre à des contraintes élevées car la température de l'hydrogène liquide est de l'ordre de -250 La structure du réservoir est constituée d'une enveloppe interne et d'une coque extérieure, réalisées chacune en tôle d'acier spécial de 2 mm résistant aux basses températures. Afin d'obtenir un haut degré d'isolation, un espace de super-isolation de 30 mm d'épaisseur - l'équivalent d'environ 3,5 m de polystyrène sépare les deux enveloppes. [...]