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Construire des ouvrages robustes Du nickel pour éclairer les localités éloignées

Vol. 31, nº 1. Avril 2016

Des armatures inoxydables pour des ponts qui durent

LA REVUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL ET DE SES APPLICATIONS

CONSTRUIRE DES PONTS

Les armatures en acier au nickel augmentent leur longévité

Zhuhai

Pont Hong Kong-Zhuhai-Macao Pont principal

r Le tronçon principal du pont r Le pont Hong Kong-Zhuhai-Macao en construction

Île de Lantau

Hong Kong

Macao

r Île artificielle et début de la partie tunnel

ÉTUDE DE CAS 06

LE PONT HONG KONG-ZHUHAI-MACAO

e delta de la rivière des Perles (DRP), dans la province du Guangdong, est l’un des grands pôles de croissance économique de la Chine. Les villes industrielles du DRP ont été baptisées « usine du monde », et sa zone économique compte pour environ un tiers de la valeur des échanges commerciaux de la Chine. Le DRP est aussi l’une des régions les plus densément urbanisées au monde, regroupant environ 57 millions d’habitants dans ses neuf plus grandes villes, dont Hong Kong, Zhuhai et Macao. Cependant, cette immense conurbation est scindée en deux par l’estuaire de la rivière des Perles, et la liaison routière entre ses rives occidentale et orientale suit pour l’instant un trajet de 200 km empruntant le pont d’Humen, situé plus au nord. Pour faciliter la circulation des personnes et du fret tout en réduisant les bouchons quotidiens aux postes-frontière entre Hong Kong et Shenzhen, ainsi que les pertes économiques qui en résultent, les administrations de Hong Kong, de Macao et du Guangdong construisent actuellement sur l’estuaire un pont destiné à assurer une liaison directe. Le pont Hong Kong-Zhuhai-Macao reliera Hong Kong à Macao et à la ville de Zhuhai, dans la province du Guangdong. Son tronçon principal traversera la partie ouest de l’estuaire de la rivière des Perles sur 29,6 km à partir de Macao. Il aboutira à une île artificielle, elle-même raccordée à une seconde île artificielle par un tunnel sous-marin de 6,7 km. Puis un deuxième tronçon de pont reliera cette dernière à l’île de Lantau, qui est déjà reliée à la partie continentale de Hong Kong. Cette combinaison ponts-tunnel offrira trois voies de circulation dans chaque sens et réduira le trajet Hong KongMacao-Zhuhai de quatre heures à tout juste 30 minutes.

2 ÉTUDE DE CAS

r Le tronçon principal du pont traversera la partie ouest de l’estuaire de la rivière des Perles sur 29,6 km.

LE PLUS LONG PONT MARITIME AU MONDE

e pont Hong Kong-Zhuhai-Macao est l’un des plus grands projets d’infrastructure jamais réalisés. Sa longueur totale de 50 km en fera le plus long pont maritime au monde. Près de 10 000 tonnes de ﬁ l, tiges et barres d’armature en acier duplex 2304 (UNS S32304) ﬁgurent à son cahier des charges, qui prévoit une durée de vie théorique de 120 ans. Les éléments en acier duplex 2304, fournis par TISCO (Taiyuan Iron & Steel Company), serviront notamment à construire les semelles, fondations de pylône et fûts de pile du pont. C’est la première fois qu’un acier duplex est utilisé dans la construction d’un pont en Chine continentale. Le coût total du projet, estimé à 10,6 milliards de dollars US (70 milliards de yuans), constitue le plus gros investissement jamais consacré à la construction d’un pont dans le monde chinois. Les travaux, commencés le 15 décembre 2009, devraient se terminer en 2018.

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

WIKIMEDIA COMMONS

Estuaire de la rivière des Perles

NICKEL, VOL. 31, Nº 1, AVRIL 2016

La revue spécialisée du nickel et de ses applications ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : David Butler Rédactrice en chef : Clare Richardson Collaborateurs : Nancy Baddoo, Wenlei Chen, Parul Chhabra, Jo Claes, Gary Coates, Bernard Héritier, Jim Jenkins, Stephen Jones, Geir Moe, Carol Powell, Frank Smith, Nigel Ward, Annabelle Wilson Conception graphique : Constructive Communications

CONSTRUIRE L’AVENIR

Coordonnées du Nickel Institute : Rue Belliard 12 1040 Bruxelles, Belgique Tél. : +32 22 903 200 communications@nickelinstitute.org Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y fier pour des applications particulières sans avoir obtenu au préalable les conseils de spécialistes compétents. Bien que les informations données soient considérées comme techniquement exactes, le Nickel Institute, ses membres, son personnel et ses consultants ne garantissent pas leur adéquation à quelque usage particulier ou général que ce soit et déclinent toute responsabilité à leur égard. ISSN 0829-8351 Imprimé au Canada, sur papier recyclé, par Hayes Print Group

TABLE DES MATIÈRES

0,7 Ports

Étude de cas Le pont Hong Kong-Zhuhai-Macao. . . . . . . . .2 Point de mire Éditorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Dossier spécial Des solutions à la dégradation des infrastructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5 Accroître la longévité des ponts . . . . . . . . . .6-7 L’acier inoxydable dans les ouvrages porteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-9 Applications Cours universitaire sur l’acier inoxydable. . . . . 10 Aide technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Support des sous-faces en brique . . . . . . . . .11 Éclairages solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-13 La Sagrada Família . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

Les chiffres sont accablants : aux États-Unis, 65 % des grandes routes sont dans « un état peu satisfaisant », et 25 % des ponts « nécessitent des réparations importantes ou sont inaptes à supporter le trafic actuel2 » ; en Allemagne, plus de la moitié des ponts autoroutiers nécessiteraient des réparations d’urgence ; et au Royaume-Uni, l’association des entrepreneurs du génie civil a indiqué en 2013 que les équipements d’infrastructure ne répondant pas aux « normes des économies développées » avaient coûté 78 milliards de livres entre 2000 et 2010.

57,3

Investissement global requis entre 2013 et 2030 pour répondre aux besoins d’infrastructure mondiaux (en billions de dollars US)3

Couverture : Constructive Communications Photos de couverture : Pont Woodrow Wilson, Wikimedia Commons © William F. Yurasko Barres d’armature : iStockPhoto.com © ansonsaw

En bref Nouvelle publication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Codes UNS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technologie des piles à combustible . . . . . Des batteries plus sûres . . . . . . . . . . . . . . . . . . Liens Web. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quand le président américain Obama a déclaré que « les entreprises du XXIe siècle ont besoin d’une infrastructure digne du XXIe siècle1 », il exprimait la préoccupation des gouvernements du monde entier, aujourd’hui chargés de remplacer nombre de routes et de ponts construits au siècle dernier qui se désagrègent inexorablement.

14 14 15 15 15

2,0 Aéroports

4,5 Rail

9,5 Télécoms

11,7

12,2

Eau

Électricité

16,6

Routes

Total

La plupart d’entre nous tiennent pour acquise l’infrastructure qui nous entoure, et nous n’y faisons attention qu’au moment où nos trajets quotidiens souffrent des routes défoncées et du délabrement des ponts et des tunnels. Il est donc bien souhaitable de disposer d’une infrastructure durable propre à réduire les perturbations et les coûts au strict minimum, et à cet égard, les ouvrages utilisant des matériaux contenant du nickel ont largement fait leurs preuves. Grâce aux barres d’armature en acier inoxydable au nickel, nombre d’ouvrages résistent à l’épreuve du temps dans des environnements rigoureux, comme le fait depuis plus de 70 ans l’estacade de Progreso, dans le Yucatán. Et on assiste aujourd’hui à la réalisation d’une nouvelle génération de mégaprojets, comme le nouveau pont Hong Kong-Zhuhai-Macao (page 2) et le remplacement du pont Champlain sur le fleuve Saint-Laurent à Montréal (page 4). Il va de soi que ces deux ponts tireront parti de la résistance à la corrosion des barres d’armature en acier inoxydable au nickel. Cette édition de Nickel se penche sur la manière dont les barres d’armature et autres matériaux au nickel contribuent à la qualité des ponts et autres ouvrages de génie civil. Bien que discret, le nickel joue un rôle essentiel pour prévenir la corrosion des éléments d’infrastructure et optimiser ainsi l’utilisation des deniers publics en construisant des ponts, routes et immeubles durables et bien adaptés aux besoins. Clare Richardson Rédactrice en chef ¹ Discours sur l’état de l’Union du 20 janvier 2015 ² Compte rendu 2014 du Conseil économique national (NEC) et du Conseil des conseillers économiques (CEA) du président des États-Unis ³ Annexe au rapport Infrastructure Productivity : How to Save $1 Trillion a Year (Productivité de l’infrastructure : comment économiser un billion de dollars par an) du McKinsey Global Institute (www.mckinsey.com) publié en janvier 2013. Copyright © McKinsey & Company, 2013. Tous droits réservés. Reproduit avec autorisation.

POINT DE MIRE 3

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Une solution durable à la dégradation des infrastructures

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Des barres d’armature résistant à la corrosion

e vieillissement des infrastructures s’accompagne souvent d’une désagrégation du béton, laquelle constitue aujourd’hui l’un des problèmes les plus courants et les plus coûteux. À quoi tient cette dégradation ? Selon Karen Scrivener, directrice du Laboratoire des matériaux de construction à l’École polytechnique fédérale de Lausanne, la corrosion des barres d’armature est « la cause de plus de 90 % des problèmes de durabilité du béton* ». Et les ouvrages en béton exposés aux sels de voirie, à l’eau de mer ou à l’air marin ont souvent tendance à se détériorer plus vite. S’attaquer au problème de l’intérieur En pratique, les ions chlorure, l’humidité et l’oxygène de l’air migrent à travers le béton poreux enrobant les barres d’armature en acier au carbone et finissent par corroder leur surface. Cette corrosion produit de la rouille (hydroxyde de fer), dont le volume dépasse celui de l’acier ainsi transformé. En prenant du

volume, les barres exercent une pression sur le béton qui les enrobe et finissent par le fissurer. Les fissures accélèrent alors la corrosion en laissant pénétrer davantage de chlorures, d’humidité et d’oxygène jusqu’à l’acier au carbone. Au fil du temps, la croissance de la rouille agrandit les fissures et peut faire éclater le béton. Construire plus robuste et plus durable : un exemple remarquable En réponse à ce problème grandissant, nombre d’essais en laboratoire et d’analyses du coût du

WIKIMEDIA COMMONS

s L’analyse du cycle de vie de l’estacade de Progreso, sur le golfe du Mexique, montre après plus de 70 ans de service que l’emploi de barres d’armature en acier au nickel est un bon investissement.

GRANDS PROJETS DE PONT LIEU

ANNÉE

NUANCES D’ACIER INOXYDABLE

TONNES (approx.)

Pont de l’autoroute I-696 près de Détroit (Michigan)

1984

304

Pont du Garden State Parkway (New Jersey)

1998

2205

165

Viaduc de l’estuaire du Broad Meadow (Irlande)

2003

316

Pont de l’anse de Haynes (Oregon)

2003

2205

400

Pont du périphérique de Brooklyn (New York)

2005

2205

200

Pont Driscoll (New Jersey)

2005

2205, 316LN

1300

Pont Woodrow Wilson (Virginie et Maryland)

2007

2205, 316LN

1100

Pont du corridor occidental Hong Kong-Shenzhen (Chine)

2007

2205, 316

1300

Pont de Stonecutters (Hong Kong)

2009

304

3000

Sakonnet River Bridge (Rhode Island)

2010

2205

800

Pont de Hastings (Minnesota)

2010

2304

367

Pont Lafayette (Minnesota)

2011

2304

1963

cycle de vie ont fait ressortir l’intérêt d’utiliser des armatures en acier inoxydable, qui permettent d’atteindre des durées de vie utile de 75 à 100 ans sans grands travaux de réparation ou de remise en état. L’estacade de Progreso, dans le Yucatán, confirme ces avantages. Achevé en 1941, cet ouvrage en béton armé de deux kilomètres de long s’avance dans le golfe du Mexique, où il est constamment exposé aux rigueurs du milieu marin tropical. Des carottages et inspections approfondies, réalisés il y a peu, ont montré que cette estacade, avec son armature en acier au nickel de nuance 304 (UNS S30400), était toujours en excellent état après 75 ans de service, et ce sans travaux de réparation importants. Le rôle du nickel dans la solution Au cours des vingt dernières années, les producteurs d’alliages ont réalisé d’importantes avancées en créant et commercialisant toute une gamme de barres d’armature, de fils de ligature et de coupleurs en acier inoxydable. En fait, depuis une vingtaine d’années, les barres d’armature en acier inoxydable portées au cahier des charges sont le plus souvent de nuance 316LN (UNS S31653) ou de nuance duplex 2205 (UNS S32205) ou 2304 (UNS S32304), et parfois de nuance 304. En ajustant la composition des alliages, les fabricants de barres d’armature en acier inoxydable parviennent à combiner de manière optimale résistance à la corrosion, robustesse et formabilité. L’acier duplex 2304 allie avantageusement ces propriétés importantes, et ce à un prix concurrentiel. Si bien que, ces dernières années, il a été porté au cahier des charges de plusieurs grands projets de pont. Les nouveaux alliages à l’œuvre Il y a peu de temps, l’acier duplex 2304 a été sélectionné pour la construction du nouveau pont Champlain sur le ﬂeuve Saint-Laurent à Montréal (Québec). Avec son tablier d’environ 3,4 km (sans compter les rampes d’accès), ce pont devrait nécessiter environ 15 000 tonnes de barres d’armature en alliage 2304. Toutes les barres d’armature en acier inoxydable au nickel conservent une bonne résistance à la traction et aux chocs même quand la température descend bien au-dessous de zéro. Il s’agit là de propriétés essentielles pour les ponts routiers devant supporter des hivers rigoureux et l’épandage de grandes quantités de sels de voirie. Autres applications Les barres d’armature en alliages 316LN et 304 conservent de bonnes propriétés mécaniques même aux températures cryogéniques, si bien qu’elles servent à la construction des dépôts de gaz naturel liquéfié (GNL). Par ailleurs, le 316LN

* Chemistry World, vol. 5, nº 3, mars 2008

4 DOSSIER SPÉCIAL

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

WWW.CMCMMI.COM

ROYAL CANADIAN MINT INFRASTRUCTURE CANADA

r Armature en acier duplex 2304 du pont de Hastings, dans le Minnesota, fournie par la Contractors Materials Company

r Éléments d’armature en acier inoxydable : rouleau de fil de ligature (en bas à gauche), coupleur fileté pour barres d’armature (au centre) et coude en U étroit illustrant la formabilité de l’alliage.

est amagnétique, si bien que plusieurs centaines de tonnes de barres d’armature composées de ce matériau s’utilisent dans la construction des salles d’imagerie par résonance magnétique (IRM), des laboratoires spécialisés et des installations de stockage de données. Avec leur longévité, leur robustesse et leur résistance à la corrosion, les barres d’armature en acier inoxydable au nickel apportent une solution rentable, performante et prévoyante.

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

©WWW.TESOLUTION.COM

FRANK SMITH

r Enjambant le ﬂeuve Saint-Laurent à Montréal, le nouveau pont Champlain intégrera 15 000 tonnes de barres d’armature en acier duplex 2304.

r Maquette du pont du Temburong testée en souﬄerie par TESolution.

LE PONT DU TEMBURONG, AU BRUNEI

ISCO fournira environ 3500 tonnes de barres d’armature en acier inoxydable au nickel de nuance 304 (UNS S30400) pour la construction du pont qui franchira la baie de Brunei, un chantier de 1,7 milliard de dollars US. Ce méga-pont reliera les districts de Temburong et de Brunei-Muara, séparés au sud-est par une bande de territoire malaisien, dont la traversée par route prend une heure et demie, et au nord-ouest par la baie de Brunei, dont la traversée par bateau prend 45 minutes. Le nouveau pont de 30 kilomètres oﬀ rira deux voies dans chaque sens et devrait réduire le trajet à environ 20 minutes. Les travaux ont commencé en 2014 et devraient s’achever en 2019.

DOSSIER SPÉCIAL 5

EUGENIO MERZAGORA (WWW.STRUCTURAE.DE)

r Le pont de Schaffhausen, conçu pour durer 80 ans.

Le nouveau pont Allt Chonoglais en construction. r L’ancien pont Allt Chonoglais avant sa démolition, accusant nettement des signes de corrosion des barres d’armature 

Une longévité accrue pour les grands ponts Pour un coût initial à peine plus élevé, l’acier inoxydable réduit fortement le coût du cycle de vie

artout dans le monde, la construction des ponts fait de plus en plus appel aux armatures en acier inoxydable au nickel (quoique ce changement ne soit pas aussi rapide que le souhaiteraient les automobilistes contraints de patienter à l’entrée d’un pont ou viaduc dont une ou deux voies sont en réfection). Les armatures en acier au carbone, revêtues ou non d’époxy, se corrodent assez vite et entraînent ainsi une ﬁssuration du béton nécessitant d’importants travaux de réfection (retrait du béton et remplacement des barres) et donc la fermeture de voies de circulation. De nos jours, lorsque les services de l’équipement choisissent les matériaux de construction à porter au cahier des charges, ils tiennent de plus en plus compte de leur coût indirect pour la société (pertes de temps et gaspillages de carburant résultant des embouteillages) et pour l’environnement (pollution atmosphérique, mise en décharge). Cette approche globale renforce encore plus le bien-fondé du choix de l’acier inoxydable. Même sans tenir compte de ces facteurs moins tangibles, le choix de l’acier inoxydable est souvent le meilleur moyen de réduire les coûts sur la durée de vie du pont. Au milieu des années 1990, le cahier des charges du pont de Schaﬀ hausen, qui enjambe le Rhin au nord de la Suisse, prévoyait une durée de vie de 80 ans avec un entretien minime et sans perte d’intégrité structurale. L’emploi de matériaux d’armature conventionnels (acier au carbone revêtu ou non) aurait entraîné des réparations majeures tous les 25 ans environ, tandis que le recours à l’acier inoxydable de nuance 304 (UNS S30400) allait assurer les 80 ans de longévité voulus. Grâce à un usage sélectif de l’acier inoxydable, le coût total du pont n’a augmenté que de 0,5 %, et cette approche peut apporter des économies considérables au bout de 25 ans de service seulement, puis tout au long du cycle de vie de l’ouvrage. Un pont situé en milieu maritime, ou recevant plus de sels de voirie, aurait nécessité une armature en acier plus fortement allié, tel que le 2304 (S32304), le 316L (S31603), voire le 2205 (S32205), mais cela aussi n’aurait guère fait augmenter le coût de l’ouvrage. La quantité de chlorures atteignant l’armature dépend 6 DOSSIER SPÉCIAL

Les armatures en acier inoxydable permettront de réaliser des économies considérables au bout de 25 ans seulement, puis des économies encore plus importantes dans le futur. de plusieurs facteurs, tels que le type de ciment, la profondeur de l’enrobage et le rapport eau-ciment, si bien qu’il n’est pas nécessaire que toute l’armature de l’ouvrage soit en acier inoxydable. Les barres enrobées plus profondément dans la structure ou autrement abritées des grandes quantités de chlorures peuvent être en aciers non alliés moins coûteux. En fait, il est de pratique courante d’utiliser de l’acier inoxydable pour la couche supérieure du tablier d’un pont, et de l’acier au carbone pour une couche inférieure. Des essais ont montré que cela peut suffi re à prévenir la corrosion galvanique. Les concepteurs des grands ponts d’aujourd’hui prévoient des durées de vie plus longues pouvant aller jusqu’à 125 ans. Et ils savent que si l’emploi sélectif de l’acier inoxydable peut augmenter de quelques pour cent le coût initial d’un pont, cela réduit toujours largement le coût de son cycle de vie. Le pont Allt Chonoglais, près d’Orchy, en Écosse, est un exemple plus récent de l’utilisation d’armatures en acier inoxydable. L’ancien pont s’était avéré insuffisant pour les charges à supporter dans le futur et ne pouvait être réparé qu’à grands frais. Au fi l du temps, les sels de voirie avaient entraîné la corrosion de son armature en acier au carbone et la fissuration du béton, causant ainsi une perte d’intégrité structurale. Il a alors été décidé de concevoir un nouvel ouvrage plus résistant prévu pour durer 120 ans. Après avoir déterminé

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OUTUKUMPU

La jetée amagnétique de l’US Navy à Point Loma

à l’usine Outokumpu de Sheﬃeld (Angleterre) pour la construction du nouveau pont Allt Chonoglais. les quantités de chlorures à prévoir au long de sa durée de vie, les services de l’équipement et le ministère des Transports écossais ont choisi l’alliage 2304 (S32304) pour certaines parties du pont, comme le tablier, les culées, les murs en aile et les bossages d’appui. La construction du nouveau pont a coûté un total de 1,8 million de livres (environ 2,3 millions d'euros), et il a été mis en service en août

s Les jetées de la base navale de Point Loma 123RF STOCK © F8GRAPHER

r Barres d’armature en acier inoxydable prédécoupées et précourbées

n sillonnant les océans du monde, les navires à coque d’acier acquièrent une signature magnétique. Celle-ci peut être préjudiciable aux navires de guerre, car les mines et équipements de détection magnétique peuvent l’utiliser pour les reconnaître et les détruire. C’est pourquoi ces navires nécessitent souvent une démagnétisation, qui consiste à supprimer leur magnétisme permanent pour les rendre moins repérables. Comme la jetée utilisée pour cette opération ne doit pas non plus avoir de susceptibilité magnétique, son armature doit être composée d’aciers inoxydables austénitiques (contenant du nickel). Lorsque l’US Navy a construit sa jetée de Point Loma, à San Diego (Californie), elle a sélectionné des barres d’armature et câbles toronnés en aciers inoxydables de nuances XM-29 (UNS S24000) et 304 (S30400). Les alliages choisis devaient résister aux effets combinés de la chaleur ambiante et de l’eau salée du Pacifique se diffusant dans le béton. La perméabilité magnétique de l’alliage XM-29 reste très faible même après un fort écrouissage, si bien qu’il a aussi été choisi pour les torons de précontrainte utilisés dans les pieux carrés, les semelles sur pieux et la plateforme de la jetée. Pour les torons d’acier inoxydable subissant une moindre contrainte, le choix s’est porté sur la nuance 304. En 2008, après 20 ans de service, l’ouvrage a fait l’objet d’une inspection approfondie. L’alliage 304 présentait une légère corrosion là où l’enrobage de béton était insuffisant (moins de 12 mm), mais partout où il faisait au moins 25 mm d’épaisseur, toutes les armatures en alliage 304 ou XM-29 étaient en excellent état. Des jetées similaires ont été construites à King’s Bay (Géorgie) et à Pearl Harbor (Hawaï).

2013. Dans à peu près 25 ans, les automobilistes empruntant l’autoroute A82 entre Glasgow et Inverness sauront gré aux ingénieurs écossais d’avoir eu la prévoyance d’utiliser des armatures en acier inoxydable au nickel, qui tiendront jusqu’au bout des 120 ans de service prévus.

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DOSSIER SPÉCIAL 7

KILLION O'SULLIVAN

8 DOSSIER SPร CIAL

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L’acier inoxydable à l’épreuve des contraintes Le rôle de l’acier inoxydable au nickel dans les ouvrages porteurs

’acier inoxydable est un matériau très adaptable offrant une gamme exceptionnelle de propriétés utiles pour la construction d’ouvrages porteurs. Ce qui le distingue de l’acier au carbone, c’est avant tout sa résistance intrinsèque à la corrosion, due à la couche d’oxyde de chrome protectrice et ultra-adhérente qui se forme à sa surface au contact de l’oxygène de l’air. Cela signifie que les éléments en acier inoxydable peuvent être exposés à un large éventail de conditions ambiantes sans nécessiter de revêtements protecteurs, et qu’ils conviennent parfaitement aux ouvrages nécessitant un fini métallique exposé. En raison des différences de composition chimique, le comportement d’un élément structural soumis à un incendie varie selon qu’il est en acier inoxydable ou en acier au carbone : l’acier inoxydable perd moins vite sa résistance mécanique au-delà de 500 °C et conserve mieux sa rigidité à

s Spécimen d’essai acier-béton-acier avant le s La plateforme du champ d’Arkutun-Dagi, protégée bétonnage (plaques d’acier au carbone à gauche par des murs coupe-feu et anti-explosions en acier et d’acier inoxydable à droite). inoxydable.

JOHN STURROCK

VTT

MTE LTD

vs L e Gasholder Park et sa marquise d’acier inoxydable, dans le quartier de King’s Cross, à Londres.

toutes les températures. Parce qu’il associe une excellente ductilité à un très bon comportement à l’écrouissage, l’acier inoxydable peut absorber des chocs considérables sans se fracturer. Cela conduit à l’utiliser dans les ouvrages et équipements devant résister à des contraintes extrêmes, comme les murs coupe-feu et anti-explosion de l’industrie du pétrole et du gaz naturel ainsi que les cloisons, barrières, portes et portails de sécurité. La résistance à la corrosion de l’acier inoxydable en fait le matériau idéal pour les éléments utilisés dans des conditions ambiantes extrêmement rigoureuses lorsqu’ils sont inaccessibles ou difficiles à inspecter, à entretenir ou à remplacer. Pour cette raison, il s’utilise souvent dans les éléments porteurs des centrales nucléaires. La suite de cet article présente différents emplois récents de l’acier inoxydable dans les éléments structuraux.

La marquise du Gasholder Park Le Gazomètre nº 8, construit dans les années 1850, faisait partie d’une des plus grandes usines à gaz de Londres et était devenu un édifice bien connu avant son déclassement en l’an 2000. Sa charpente, haute de 25 m, a été démontée en 2011, puis rénovée avant d’être remontée en 2013. Pour enrichir cette charpente de gazomètre d’un contraste intéressant, le cabinet d’architectes Bell Phillips a créé dans son périmètre une marquise circulaire en acier inoxydable poli de 30 m de diamètre. Cette marquise repose sur 150 colonnes de 25 mm d’épaisseur en acier inoxydable poli miroir de nuance 316L (UNS S31603), contenant environ 10 % de nickel. Ces colonnes sont plus espacées près du canal, pour ouvrir la vue sur celui-ci et encourager les passants à entrer dans le parc. Dans les autres directions, les colonnes sont plus rapprochées, pour donner une impression d’espace clos. Le toit de la marquise est en tôle d’acier inoxydable 316L de 15 mm d’épaisseur et intègre un motif géométrique formé de perforations découpées au jet d’eau. La densité des perforations augmente vers le canal pour donner une impression d’ouverture et produire un tacheté de lumière quand le soleil passe à travers.

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Éléments porteurs des centrales nucléaires Les nouvelles centrales nucléaires utilisent souvent des modules porteurs acier-béton-acier, car ils accélèrent la construction et simplifient la fixation des points d’appui des équipements tout en réduisant les coûts. Lorsque les modules sont exposés à un milieu corrosif d’un seul côté, il est économique d’utiliser une plaque d’acier au carbone d’un côté et une plaque d’acier inoxydable de l’autre, comme dans les réacteurs à eau sous pression Westinghouse AP1000 utilisés en Chine et aux États-Unis (tranches 1 et 2 des centrales de Sanmen et de Haiyang et tranches 3 et 4 de celle de Vogtle). Alors que le Japon, la Corée du Sud et les ÉtatsUnis possèdent des normes de conception et de construction pour les modules acier-bétonacier, l’Europe n’en a toujours pas. Cette lacune devrait être comblée d’ici 2017 par le projet SCIENCE, financé par l’Union européenne et dirigé par un organisme britannique, le Steel Construction Institute. Les essais du projet portent notamment sur des poutres de 9 m de long intégrant une plaque en acier au carbone et une plaque de 10 mm en acier inoxydable de nuance 304L (UNS S30403), contenant environ 10 % de nickel.

Résistance aux explosions Près de 300 tonnes d’acier duplex 2304 (UNS S32304), contenant 4 % de nickel, ont servi à fabriquer 13 400 m² de murs coupe-feu et antiexplosion, d’écrans thermiques, de pare-vent et de panneaux anti-explosion pour la plateforme du champ d’Arkutun-Dagi, l’un des trois champs pétrolifères en mer mis en exploitation dans le cadre du projet Sakhaline-1, dont les réserves combinées s’élèvent à 2,3 milliards de barils de pétrole et à 17,1 billions de mètres cubes de gaz naturel. Sakhaline est une île isolée et peu peuplée située à proximité de la côte Est de la Russie, dans la mer d’Okhotsk, parfois couverte de glace. Les murs coupe-feu et antiexplosions sont des systèmes légers, ultrarésistants, entièrement soudés et étanches aux gaz, fabriqués à partir de tôles d’acier inoxydable profilées et isolées pour résister à 120 minutes de feu torche (classe H120) et à des pressions de souffle de 1,5 bar. Ils ont été conçus, mis au point et fabriqués par MTE Ltd, une entreprise de Darlington (Royaume-Uni), puis envoyés en Corée du Sud pour l’assemblage. ExxonMobil a démarré la production au champ d’ArkutunDagi en janvier 2015. Il ne s’agit là que de quelques exemples de la manière dont l’adaptabilité de l’acier inoxydable apporte des solutions pour un large éventail d’impératifs structuraux.

DOSSIER SPÉCIAL 9

PHOTOS MDN MEDIA – AG WAGNER

Pour inspirer les étudiants D

es experts de l’acier inoxydable ont créé un nouveau cours universitaire à la carte destiné à inspirer les étudiants en architecture et en sciences de l’ingénieur en leur faisant découvrir les multiples possibilités et avantages de ce matériau dans le secteur du bâtiment et des travaux publics (BTP). « La capacité de l’acier inoxydable à remplacer d’autres matériaux de manière durable et avantageuse ne figure pas dans l’enseignement habituellement dispensé aux étudiants en architecture et génie civil », constate Bernard Héritier, de l’ISSF (International Stainless Steel Forum). « Il en résulte que les architectes et ingénieurs en génie civil ne sont pas informés des avantages, des applications ou des critères de conception propres à l’acier inoxydable. Pour cette raison, ils risquent de s’en tenir à l’avis simpliste selon lequel l’acier inoxydable reviendrait plus cher que l’acier au carbone ! » Selon Bernard Héritier, si l’acier inoxydable ne figure pas dans les programmes universitaires, c’est surtout par manque de temps, tant il en faut pour préparer et enseigner de nouveaux cours. Pour répondre à ce problème, l’ISSF a créé, en collaboration avec un groupe d’experts du monde universitaire et de l’industrie, un cours complet et concis visant à aider les enseignants à informer les étudiants et les jeunes ingénieurs en génie civil sur les usages de l’acier inoxydable. Les enseignants peuvent utiliser l’intégralité du cours, ou choisir les parties qui s’inscrivent dans leur programme.

r En Pologne, des étudiants en architecture participent à un atelier sur l’acier inoxydable offert par l’association polonaise pour le développement de l’acier inoxydable.. Le cours se compose de 11 modules, divisés en parties plus détaillées lorsque nécessaire. Il a été amélioré ces deux dernières années grâce aux conseils et suggestions d’un groupe d’universitaires. Les sujets abordés vont de l’emploi de l’acier inoxydable dans les arts plastiques à des applications telles que les façades, les murs végétalisés, le mobilier urbain et la distribution de l’eau. Les différents modules traitent notamment de la résistance à la corrosion, des propriétés mécaniques, des états de surface, des finitions, de l’assemblage et de la fabrication de l’acier inoxydable, ainsi que de son rôle dans le développement durable. Le cours s’utilise de différentes façons. Certains emploient ses supports dans des travaux dirigés, tandis que d’autres l’utilisent pour la formation continue ou comme guide de référence, une liste de ressources utiles figurant à la fin de chaque module. John Tarboton, de l’association sudafricaine pour le développement de l’acier inoxydable, en est un fervent utilisateur. « Nous en présentons une version condensée à tous les étudiants de quatrième année d’architecture du pays, et nous l’utilisons dans des ateliers spécialisés, portant par exemple sur les applications structurales de l’acier inoxydable ». Ce cours, intitulé Les aciers inoxydables pour les enseignants et étudiants en architecture et génie civil peut être téléchargé gratuitement à partir des sites www.nickelinstitute.org et www.worldstainless.org/training/. Il est publié en français et en anglais, et d’autres langues sont prévues.

POUR VOS QUESTIONS SUR LE NICKEL Consultez notre groupe d’experts

ISTOCK PHOTO © &#169 IGOR TEREKHOV

oute personne ayant des questions précises à propos du nickel ou des matériaux au nickel, tels que l’acier inoxydable, peut s’adresser gratuitement au service d’aide technique du Nickel Institute. Ce service réunit l’expertise d’un réseau mondial de spécialistes hautement qualifiés qui dispensent leurs connaissances techniques sur les propriétés et applications du nickel afin d’optimiser la rentabilité et la sécurité de son utilisation. Il aide les utilisateurs à mieux comprendre les avantages de ces matériaux et à en faire une utilisation adéquate et rentable pour obtenir de bons résultats. En 2015, ce service a reçu environ 500 demandes et y a répondu. Elles provenaient de différents secteurs d’utilisation finale, dont les suivants : applications techniques (36 %) ; architecture et BTP (14 %) ; chimie et pétrochimie (9 %). Pour consulter ce service, rendez-vous sur le site www.nickelinstitute.org et cliquez sur « Technical Help ».

10 APPLICATIONS

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

L’acier inoxydable au nickel

HAWORTH TOMPKINS ARCHITECTS AND KEITH HUNTER

facilite la réalisation des sous-faces en briques

Une belle façade doit beaucoup aux éléments de fixation invisibles. Parmi ces derniers, certains modèles en acier inoxydable au nickel apportent des innovations destinées à accélérer les travaux tout en réduisant leurs coûts.

es sous-faces et tableaux de porte et de fenêtre en briques s’utilisent de plus en plus pour ajouter du relief aux façades en maçonnerie. Aujourd’hui, certains éléments préfabriqués en acier inoxydable suppriment le besoin de bâtir des sous-faces en maçonnerie sur place (une tâche compliquée prenant beaucoup de temps) et permettent de donner l’aspect voulu à un nouveau bâtiment avec aisance et rapidité.

PHOTO © SIEMENS AG

La société Ancon, établie à Sheffield (Angleterre), conçoit et fabrique une large gamme d’éléments de fixation en acier inoxydable destinés aux ouvrages en briques et en béton. En partenariat avec la société Ibstock Kevington, spécialiste de la brique coupée, elle a inventé une solution simple et rapide pour réaliser des sous-faces parfaites sur les façades en maçonnerie. « Ce système d’avant-garde

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

léger et modulaire accélère la réalisation des sous-faces en brique et produit un alignement parfait avec le briquetage principal de la façade », explique Lisa Kelly, chef de division chez Ancon. Le système Nexus® associe un module de construction en acier inoxydable à parement de brique et une console de support de maçonnerie en acier inoxydable 304 (UNS S30400). Le profilé d’acier léger supportant le parement de brique offre de grands avantages par rapport au béton coulé, d’usage plus traditionnel. Le nouveau système de sous-face Nexus pèse à peu près deux fois moins que le béton, si bien que les éléments s’installent le plus souvent sans équipement de levage spécial. Cela économise beaucoup de temps d’installation et convient particulièrement bien aux cadences accélérées des chantiers de construction d’aujourd’hui.

ANCON BUILDING PRODUCTS

Les éléments de fixation assurent des liens essentiels à l’intérieur d’un ouvrage et sont en charge permanente. Une fois installés, ils sont invisibles, et il est souvent impossible ou très difficile de les inspecter, de les entretenir ou de les remplacer, en raison de leur inaccessibilité ou des coûts et des problèmes qui s’ensuivent. En conséquence, pour ces applications structurales, l’acier inoxydable au nickel apporte une solution durable par rapport aux aciers au carbone ou galvanisés.

r Le nouveau système Nexus s’utilise largement pour les tableaux de fenêtre dans la rénovation du Silchester Estate, un grand ensemble londonien situé dans les quartiers de Kensington et de Chelsea.

r Le système Nexus associe un module de construction en acier inoxydable 304 (UNS S30400) à parement de brique et une console de support de maçonnerie en acier inoxydable. Les différents éléments sont préfabriqués sur mesure hors du chantier. Ils sont simplement ajustés à la main contre les consoles de support préinstallées et prépercées, puis boulonnés sur celles-ci. La simplicité de ce système en deux parties facilite l’installation, l’ajustement et le parfait alignement des éléments, et une fois fixés, ils sont simplement jointoyés au briquetage principal de la façade.

APPLICATIONS 11

UN ÉCLAIRAGE PUBLIC POUR TOUS ET PARTOUT

FLORIAN COAT

Les batteries nickel-hydrure métallique apportent éclairage et sécurité aux localités des régions à climat extrême

ans les régions sans réseau électrique, il est très difficile d’éclairer les rues et les esplanades de manière fiable et systématique, en particulier si les conditions climatiques sont contraignantes. Pourtant, les éclairages publics présentent d’énormes avantages pour la sûreté et la sécurité des habitants. L’entreprise française Sunna Design, qui conçoit et fabrique des éclairages publics solaires, s’attaque à ce problème avec une gamme de solutions adaptées aux régions rurales, arides ou désertiques, où se posent des difficultés d’installation et d’entretien régulier. Sunna a mis au point des lampadaires surmontés de panneaux solaires et équipés d’une batterie NiMH (nickel-hydrure métallique) couplée à un système de gestion de l’énergie intelligent. Ces lampadaires apportent aux régions éloignées un éclairage public fonctionnant essentiellement sans entretien, conçu pour limiter le vandalisme, et facile et rapide à installer. Lorsqu’un système d’éclairage solaire autonome est fi xé en hauteur, il est important de disposer d’une batterie de faible poids. Des batteries NiMH de petite taille sont intégrées dans la lanterne et placées en tête de mât, ce qui simplifie fortement l’installation du lampadaire : pas de batterie à enfouir dans le sol ni de caissons externes à relier au reste du système. Une batterie durable La gestion de la charge et de la décharge de la batterie est l’élément clé qui détermine sa durée de vie. C’est pourquoi le système de gestion de la batterie est programmé pour détecter la fin des cycles de charge et de décharge, et prévenir ainsi les problèmes de surcharge et de surdécharge. Le choix d’une batterie au nickel est le fruit d’une étude de deux ans réalisée avec une équipe de recherche de l’INES (Institut national de l’énergie solaire) et du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives). Les chercheurs ont comparé les types de batteries utilisables dans des conditions climatiques extrêmes. « Il fallait tenir compte à la fois de la pluie, du rayonnement solaire et de la chaleur intense, ainsi que des tempêtes de sable et des vents du désert souffl ant jusqu’à 100 km/h », explique Raphaël Baillot, responsable recherche et développement chez Sunna. La température

12 APPLICATIONS

« Les batteries au nickel confèrent une durée de vie inégalée à nos produits. » de l’air est le facteur environnemental le plus délicat pour une batterie, et il s’agissait de trouver le couple électrochimique le plus résistant aux milieux désertiques et d’améliorer ses performances et sa durée de vie en conditions rigoureuses. Une longévité inégalée Des tests de vieillissement accéléré ont permis de confirmer les performances de la technologie NiMH et de prédire une durée de vie de dix ans ainsi qu’une bonne adaptation aux conditions ambiantes des déserts d’Afrique et du Moyen-Orient, où la température peut varier entre 58 °C le jour et 10 °C la nuit, voire tomber aux alentours de zéro selon la région et la saison. La batterie doit donc fonctionner de manière fiable sur une plage de température étendue. « Les batteries au nickel confèrent une durée de vie inégalée à nos produits », constate Raphaël Baillot. « La résistance thermique de ce métal nous apporte un rendement optimal même dans les milieux les plus rigoureux de la planète », renchérit Nicolas Mercadal, ingénieur chez Sunna. « C’est la meilleure technologie de batterie pour les éclairages solaires ». « Comme la batterie emmagasine de l’énergie solaire pendant le jour pour l’utiliser la nuit, le rendement du système de stockage du dispositif est déterminant. Dans les pays d’Afrique, les batteries au plomb des systèmes analogues durent jusqu’à deux ans et peuvent expirer en moins d’un an. La fiabilité des batteries NiMH prévient les coûts d’entretien supplémentaires », explique Laura Pargade, directrice marketing et communication de Sunna. « La gestion de l’énergie est assurée par un système électronique intelligent qui optimise le programme d’éclairage quelle que soit la météo et augmente ainsi la durée de vie de la batterie ». Les batteries NiMH off rent une énergie

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

FLORIAN COAT BENOIT POITEVIN

spéciﬁque appréciable (55 à 70 Wh/kg) et l’une des plages de température de fonctionnement les plus étendues parmi les batteries rechargeables (-20 à +70 °C). Aujourd’hui, ces systèmes éclairent la vie de nombreuses collectivités dans plus de 20 pays. Elles se situent souvent en Afrique, notamment au Sénégal, au Nigeria et au Cameroun, mais elles comptent aussi un camp de réfugiés aménagé en Jordanie. Dans les régions éloignées, les systèmes d’éclairage solaire utilisant les batteries NiMH pourraient bientôt reléguer les pannes d’électricité à l’histoire ancienne et apporter à tous et partout un éclairage ﬁable et durable.

FLORIAN COAT

s Le Nanogrid, un nouveau système mis au point par Sunna, permet de raccorder huit foyers à un lampadaire solaire pour éclairer leur intérieur et recharger leurs téléphones mobiles.

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

r Le système solaire iSSL Maxi de Sunna éclaire le port de Ziguinchor, au Sénégal.

Des marchés ouverts plus longtemps

a ville de Ziguinchor, chef-lieu de la Casamance, au Sénégal, compte plus de 230 000 habitants. Située sur l’estuaire du ﬂeuve Casamance, elle possède un port bruissant d’activité et des zones consacrées au fumage et à la vente des produits de la pêche. Avant que la municipalité n’installe le système d’éclairage solaire iSSL Maxi de Sunna Design, les pêcheurs s’attachaient des torches électriques sur la tête avec du ruban adhésif pour pouvoir travailler dans l’obscurité. À l’arrivée des bateaux de pêche, il fallait souvent attendre le jour pour vendre le poisson sur les quais, alors qu’aujourd’hui, avec les lampadaires solaires, certaines activités commerciales peuvent débuter dès quatre heures du matin. s Avant le système d’éclairage solaire, les pêcheurs utilisaient des lampes frontales de fortune.

FLORIAN COAT

r Une batterie NiMH durable supportant des températures allant de -20 à +70 °C alimente de puissantes diodes électroluminescentes. Le système électronique intelligent du lampadaire assure la gestion de l’énergie, optimise le programme d’éclairage et augmente la longévité de la batterie pour offrir une durée de vie de dix ans.

APPLICATIONS 13

Nouvelle publication

Guide des cuproaluminiums au nickel pour les ingénieurs

a résistance à la corrosion et aux contraintes des alliages de cuivre et d’aluminium, appelés cuproaluminiums, peut être augmentée par l’ajout de nickel et de fer, qui produit des cuproaluminiums au nickel. Ces alliages off rent également d’excellentes propriétés de résistance au grippage. Leurs utilisations finales vont des paliers de train d’atterrissage aux pompes et vannes marines, en passant par les hélices et les outils anti-étincelles. Ils sont produits sous forme coulée ou corroyée. Les nuances les plus souvent utilisées contiennent environ 5 % de nickel. Leur microstructure est complexe, ce qui permet de les tremper, mais nécessite aussi une maîtrise rigoureuse tout au long de la fabrication et du traitement thermique pour obtenir les propriétés propres aux différentes applications.

Une nouvelle publication apporte un guide pratique aux ingénieurs souhaitant concevoir ou produire des éléments en cuproaluminium au nickel destinés aux applications marines, aérospatiales ou autres, ou les porter au cahier des charges. Ce guide explique leur comportement à la corrosion et renseigne sur la manière d’obtenir de bonnes performances d’usage. Il décrit les méthodes de fabrication, de soudage et de formage, et donne une liste d’ouvrages de référence et de publications utiles. Une annexe présente en détail les désignations, caractéristiques, compositions et propriétés mécaniques des diﬀérents produits. Ce guide est disponible en anglais seulement sous le titre Guide to Nickel Aluminium Bronze for Engineers (CDA Publication 222) et peut être téléchargé sous forme de fichier PDF sur www.nickelinstitute.org

Nickel et nanotechnologies

cycles d’échauffement et de refroidissement, et ce sans perte de rendement ».

Une solution à la surchauﬀe des batteries

ZHENG CHEN

s Un mince film de polyéthylène empêche une batterie lithium-ion de surchauffer, puis la réactive lorsqu’elle se refroidit. Ce film incorpore des nanoparticules de nickel dont la surface hérissée est enrobée de graphène.

Codes UNS Code UNS

Pour remédier au problème, Zhenan Bao et ses collaborateurs, Yi Cui (professeur adjoint) et Zheng Chen (postdoctorant), ont fait appel aux nanotechnologies.

Cette nouvelle technologie pourrait prévenir les incendies comme ceux qui ont entraîné le rappel et l’interdiction de nombreux appareils à batterie, tels que fauteuils inclinables, ordinateurs, systèmes de navigation et hoverboards.

Lorsqu’elles sont agglutinées, les nanoparticules de nickel enrobées de graphène conduisent l’électricité. Quand la batterie surchauffe, les particules se dispersent et le courant électrique s’arrête. Au refroidissement, les particules se réagglutinent et la batterie recommence à produire du courant électrique.

« Différentes stratégies ont déjà été essayées pour résoudre le problème des feux de batterie lithium-ion », explique Zhenan Bao, professeur de génie chimique à l’Université Stanford. « Nous avons conçu la première batterie capable de s’arrêter et de se réactiver au fil des

« Par rapport aux approches précédentes, notre système offre un fonctionnement fiable, rapide et réversible apportant à la fois un rendement élevé et une plus grande sécurité », résume Yi Cui. « Cette stratégie est très prometteuse pour les applications pratiques ».

es chercheurs de l’Université Stanford ont mis au point un accumulateur lithium-ion innovant qui s’arrête avant de surchauffer et redémarre dès qu’il s’est refroidi.

Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).

S24000 p. 7

0,08 max.

17,0 à 19,0

restant

11,5 à 14,5

0,20 à 0,40

2,3 à 3,7

0,060 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30400 p. 4, 5, 6, 7, 11

0,08 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

8,0 à 10,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 p. 9

0,03 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31600 p. 4

0,08 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31603 p. 6, 9

0,030 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31653 p. 4

0,030 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

0,10 à 0,16

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S32205 p. 4, 6, 16

0,030 max.

22,0 à 23,0

restant

2,00 max.

3,00 à 3,50

0,14 à 0,20

4,5 à 6,5

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

S32304 p. 2, 4, 6, 7, 9, 16

0,030 max.

21,5 à 24,5

0,05 à 0,60

restant

2,50 max.

0,05 à 0,60

0,05 à 0,20

3,0 à 5,5

0,040 max.

1,00 max.

14 EN BREF

nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

LA RECHERCHE SUR LES CATALYSEURS AU NICKEL passe à la vitesse supérieure

ans leur quête d’une énergie renouvelable plus propre et moins chère, des chercheurs nord-américains travaillent à la mise au point de nouveaux catalyseurs au nickel destinés à rendre les piles à combustible plus abordables.

Pour les véhicules routiers, les deux candidats les plus prometteurs sont les batteries rechargeables et les piles à combustible, qui transforment l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité. Les véhicules à batterie sont limités par leur faible autonomie et leur temps de recharge élevé. À l’inverse, les véhicules à pile à combustible peuvent se recharger en moins de cinq minutes pour oﬀ rir une autonomie de plus de 500 km. À ce jour, le succès commercial appartient aux batteries rechargeables, mais le professeur Yushan Yan et ses collaborateurs de l’Université du Delaware ont annoncé il y a peu une percée technologique promettant de rendre les piles à combustible nettement plus abordables en remplaçant le platine du catalyseur par du nickel. La commercialisation des piles à combustible est entravée par le prix élevé du platine (environ 50 $ le gramme). La technologie de pointe actuelle est celle de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), qui utilise du platine pour l’anode comme pour la cathode. Cependant, le passage d’un milieu de fonctionnement acide à un milieu basique, c’est-à-dire à une pile à combustible à membrane

UNIVERSITÉ DU DELAWARE

Le transport routier, ferroviaire, maritime et aérien comptant pour 20 % de l’énergie consommée aux États-Unis, principalement sous forme de combustibles fossiles, la recherche de solutions plus écologiques bat son plein.

r Le professeur Yushan Yan au volant d’un véhicule propulsé par une pile à combustible. Les recherches qu’il dirige sur l’emploi du nickel comme catalyseur dans un électrolyte alcalin promettent de réduire le coût des piles à combustible à hydrogène.

échangeuse d’ions hydroxyde (HEMFC), ouvre la possibilité d’utiliser des catalyseurs au nickel et d’autres composants moins coûteux. La densité de puissance maximum des piles HEMFC est inférieure à celle des piles PEMFC, mais Yushan Yan et ses collaborateurs ont synthétisé des nanoparticules de nickel supportées par des nanotubes de carbone dopés à l’azote qui présentent une activité similaire à celle du platine dans les piles HEMFC. « Cette nouvelle pile à combustible à membrane échangeuse d’ions hydroxyde peut oﬀrir un rendement élevé à un prix incroyablement bas », conclut Yushan Yan.

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nickel, vol. 31, nº 1, avril 2016

EN BREF 15

L’ACIER INOXYDABLE SÉLECTIONNÉ POUR LE CHEF-D’ŒUVRE DE GAUDÍ À BARCELONE

LA SAGRADA FAMÍLIA

ent trente-quatre ans après la pose de la première pierre, la construction de la magniﬁque basilique d’Antoni Gaudí, la Sagrada Família, touche à ses dernières étapes. L’acier inoxydable au nickel joue un rôle important dans cet ouvrage prodigieux. Gaudí, un catholique convaincu, ne se souciait guère du temps qu’il faudrait pour construire son gigantesque édiﬁce et disait : « Le chantier de la Sagrada Família progresse lentement parce que rien ne presse pour son maître d’ouvrage », en parlant de Dieu lui-même. L’achèvement des travaux est prévu pour

r Les aciers inoxydables au nickel constituent un élément structural important pour les 18 tours de la Sagrada Família, qui se dresseront à des hauteurs allant de 94 à 172 mètres.

2026, qui marquera le centenaire de la mort de l’architecte. Les 18 tours de la Sagrada Família se dresseront alors à des hauteurs allant de 94 à 172 m, et l’acier inoxydable au nickel en sera un élément structural important. Sélectionné en raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion et aux contraintes, ainsi que du moindre coût de son cycle de vie, il se présente sous la forme de barres d’armature, de tôles découpées au plasma et d’éléments usinés fournis par Outokumpu. Le choix des nuances s’est porté sur les aciers duplex 2304 (UNS S32304) et 2205 (S32205), car ils constituent des solutions rentables et durables pour les structures exigeantes. L’ouvrage doit encore s’étoffer de six nouvelles tours, dont la plus élevée fera de la basilique le plus haut édifice religieux d’Europe. S’il est impossible d’estimer ce que la Sagrada Família a déjà coûté au fi l des ans, les travaux de construction et de maintenance coûtent actuellement 25 millions d’euros par an et sont fi nancés par ses trois millions de visiteurs annuels ainsi que par des dons privés.

La Sagrada Família est sans doute un projet architectural controversé. Inspirée par les Écritures chrétiennes et par la nature, elle se compose de grès, de granit et de béton armé, et l’acier inoxydable au nickel joue son rôle à merveille dans cette basilique construite pour durer.

OUTOKUMPU — COURTESY OF SAGRADAFAMILIA