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MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

Transition énergétique : le nickel au cœur de la lutte contre le changement climatique La révolution des véhicules électriques

Un forage géothermique de profondeur record en Islande

Séquestration du carbone : une solution géologique

ÉTUDE DE CAS 12 : LA CENTRALE DE VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DES DÉCHETS D’AURORA Réservoir de stockage du digestat Cuve de mélange des boues

L’acier inoxydable facilite la digestion Quand la sécheresse du tournant du millénaire et la croissance démographique ont grevé les ressources hydriques et énergétiques déjà limitées de Melbourne (Australie), la compagnie des eaux de la vallée du Yarra a fait appel à l’expertise conjuguée d’une entreprise de production bioénergétique (Weltec Biopower) et d’un spécialiste du traitement des eaux (Aquatec Maxcon) pour construire une centrale de valorisation énergétique des déchets dans le quartier d’Aurora. En transformant des déchets agroalimentaires, cette centrale produit assez de biogaz, une source d’énergie propre et renouvelable, pour faire tourner la station d’épuration des eaux usées existante et la nouvelle station de recyclage des Les cuves en acier inoxydable résistent durablement au milieu corrosif produit par la matière organique en décomposition.

eaux d’Aurora, le surplus d’énergie étant revendu ou reversé au réseau électrique. De la récupération des déchets à l’énergie renouvelable Depuis mai 2017, les marchés et les

Digesteur

Bâtiment de traitement des déchets

Digesteur

entreprises agroalimentaires des environs fournissent à la centrale ReWaste l’équivalent de 33 000 tonnes de déchets par an. Première centrale autonome de traitement des déchets agroalimentaires à être construite par une compagnie des eaux en Australie, la centrale ReWaste emploie un procédé de méthanisation (digestion anaérobie). Huit cuves d’acier inoxydable ont été construites sur le site (deux digesteurs, cinq cuves de préstockage et un grand réservoir de stockage). L’acier inoxydable est le matériau idéal pour résister aux milieux corrosifs produits par la matière organique en décomposition, qui contient du sulfure d’hydrogène, des chlorures et des acides organiques. Les cuves se composent pour l’essentiel d’acier inoxydable austénitique de nuance 304 (UNS S30400). Le haut des digesteurs, exposé aux éclaboussures et à la phase gazeuse, est en 316 Ti (S31635), une nuance austénitique plus fortement alliée.

L’étude de cas complète peut être téléchargée sur www.nickelinstitute.org

2 | NICKEL, NICKEL,VOL. VOL.33, 33,Nº Nº1,1,2018 2018

ÉDITORIAL TRANSITION ÉNERGÉTIQUE : LE RÔLE DISCRET MAIS VITAL DU NICKEL

Croissance annuelle moyenne de la demande d’énergie par source 160

1,6 %

0 -160

2006-2015

2016

2017

-1,6 %

Charbon Pétrole Gaz Nucléaire Renouvelables Croissance nette (axe des ordonnées de droite)

OECD/IEA

millions de tonnes d’équivalent pétrole

À la Conférence de Paris de 2015 sur le climat (COP21), 195 pays se sont donné l’objectif commun de maintenir le réchauffement mondial moyen en dessous de 2 °C par rapport au niveau préindustriel. Cependant, avec l’accroissement de la demande d’énergie, les émissions de carbone progressent toujours. Selon l’état des lieux dressé par l’Agence internationale de l’énergie dans son rapport sur l’énergie et le CO2 (Global Energy and CO2 Status Report), la demande mondiale d’énergie a progressé de 2,1 % en 2017, et plus de 70 % de cette croissance provenait de combustibles fossiles.

Plus encourageant cependant, le rapport constate que « les énergies renouvelables ont connu en 2017 le plus fort taux de croissance de toutes les sources d’énergie, en répondant à un quart de la croissance mondiale de la demande ». Cet essor des énergies renouvelables résulte principalement de leur progression en Chine et aux États-Unis, puis dans l’UE, en Inde et au Japon. En fait, la progression de l’énergie solaire en Chine pour 2017 équivaut au total de la capacité solaire combinée de la France et de l’Allemagne. Le nickel joue un rôle dans tout un éventail de technologies essentielles à la transition énergétique et à la lutte contre le réchauffement planétaire. Ce numéro de Nickel s’intéresse notamment à une gigantesque batterie stockant l’énergie des éoliennes en Australie-Méridionale, à une grande initiative de séquestration du carbone conduite au Canada, au potentiel de la géothermie en Islande et à un emploi de l’acier inoxydable au nickel qui aide à réduire les émissions de CO2 en Inde. Chacune de ces démarches constitue un pas vers la réalisation des objectifs de la COP21. Lorsqu’il s’agit de réussir la transition énergétique et de réduire les émissions de gaz à effet de serre en améliorant le rendement énergétique, le nickel joue un rôle vital.

Puits géothermiques en Islande

Pour sa 33e année de publication, le magazine Nickel fait peau neuve. N’hésitez pas à nous faire part de vos impressions sur cette nouvelle formule. communications@nickelinstitute.org

Clare Richardson Rédactrice en chef

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 3

Étude de cas 12 Valorisation énergétique des déchets

Éditorial Transition énergétique : le rôle discret mais vital du nickel En bref La révolution des VE à venir Toujours plus de nickel

La plus grande batterie lithium-ion au monde Installée par Tesla en Australie-Méridionale

Le nickel dope les batteriess Faits et chiﬀres

Cuisine sans fumée dans l’Inde rurale L’acier inoxydable améliore la cuisson

10-11

La géothermie en Islande Nickel et record de profondeur

12-13

Captage et stockage du carbone Le projet Quest de Shell Canada

14 14 14-15 15 16

Une conversion du méthane plus écologique

Agir face au changement climatique Un enjeu sérieux pour la Chine

Le barbotage du méthane à travers un alliage nickel-bismuth en fusion, un procédé mis au point à l’Université de Californie à Santa Barbara, semble un moyen prometteur de produire de l’hydrogène. Alors que le vaporéformage du méthane (la méthode usuelle) produit du dioxyde de carbone, ce nouveau procédé élimine le carbone sous forme de graphite. L’équipe de recherche collabore avec la Shell pour déterminer si cette technique peut être développée plus avant.

Liens Web Nouvelles publications Codes UNS Un immeuble de luxe éblouissant Créé par Zaha Hadid

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : David Butler. Rédactrice en chef : Clare Richardson. communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : David Chen, Parul Chhabra, Gary Coates, Isaline de Baré, Debbie Govier, Peter Kelly-Detwiler, Larry Martin, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Lissel Pilcher, Nigel Ward, Odette Ziezold Conception graphique : Constructive Communications 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 Couverture : iStockPhoto.com © Andrew_Mayovskyy p. 2 : iStockPhoto.com © Andrew_Mayovskyy p. 4 : iStockPhoto.com © scibak p. 6 : iStockPhoto.com © 3alexd p. 10 et 11 : Wikimedia Commons p. 14 : iStockPhoto.com © jacus

4 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

BRIAN LONG

Photos et graphisme :

XIANMEI XIANG/INSTITUT DE PHYSICOCHIMIE DE LANZHOU

04-05 06

E N B R E F

NICKEL

SOMMAIRE

Des excitons au front Des chercheurs russes de l’Université fédérale de l’Oural, en collaboration avec leurs collègues de la branche ouralienne de l’Académie des sciences, ont marqué une première en étudiant les caractéristiques fondamentales des nanocristaux d’oxyde de nickel et en y découvrant la présence d’excitons au front d’absorption de la lumière. Cela pourrait s’avérer utile pour mettre au point la prochaine génération d’appareils optoélectroniques. Un exciton est une paire électron-trou (liée par des forces électrostatiques) qui se déplace dans un cristal en transmettant de l’énergie au sein de celui-ci. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Physica B : Condensed Matter.

Un nouveau procédé simplifiant le recyclage des batteries lithium-ion usagées est en cours de mise au point à l’Université de Californie à San Diego. Pour les batteries NMC, qui contiennent du nickel, du manganèse et du cobalt en plus du lithium, le procédé consiste à recueillir les matériaux de cathode, à les traiter dans une solution alcaline chaude, puis à les recuire au four à 800 °C. Utilisés dans des batteries neuves, les matériaux de cathode ainsi recyclés offrent la même capacité de charge, le même temps de recharge et la même durée de vie qu’à l’origine. LONG NOW FOUNDATION

DAVID BAILLOT/JACOBS SCHOOL OF ENGINEERING, UNIVERSITÉ DE CALIFORNIE À SAN DIEGO

Des piles recyclées par la chaleur

La roue réinventée Dans les bandages de roue conçus pour d’autres mondes, les capacités d’élongation et de rebond cèdent le pas à la stœchiométrie et aux propriétés de mémoire de forme. Des chercheurs du Glenn Research Center, un établissement de la NASA situé près de Cleveland (Ohio), ont mis au point un bandage de roue flexible non pneumatique constitué d’un treillis d’alliage nickel-titane stœchiométrique, en vue d’une utilisation sur Mars lors d’une prochaine mission.

Ce bandage superélastique innovant est la toute dernière évolution du Spring Tire que le centre Glenn de la NASA et Goodyear avaient mis au point il y a quelques années, en s’inspirant de celui qui équipait le véhicule lunaire du programme Apollo. « La toute dernière version utilise des alliages à mémoire de forme capables de supporter des efforts élevés en tant qu’éléments porteurs, plutôt que des matériaux élastiques usuels », explique le centre Glenn de la NASA. « L’alliage nickel-titane s’adapte à la déformation par réarrangement des atomes », précise Santo Padula, chercheur en science des matériaux au centre Glenn. « Ainsi, un bandage constitué de cet alliage peut se déformer 30 fois plus que s’il était constitué d’un matériau plus conventionnel et reprendre sa forme d’origine sans déformation plastique irréversible. »

10 000 ans de tic-tac ? Au sein d’une montagne de l’ouest du Texas, la Long Now Foundation (longnow.org) a commencé à installer une horloge mécanique destinée à mesurer le temps pendant 10 000 ans. Son mécanisme se compose principalement d’acier inoxydable de nuance 316 (UNS S31600), de titane et de roulements à billes en céramique fonctionnant sans lubrifiant. L’horloge ne fera qu’un tic par an, une aiguille indiquera les siècles et un coucou fera son apparition à chaque millénaire. Équipée d’un engrenage spécialement conçu offrant une précision d’un jour sur 20 000 ans, elle corrige automatiquement sa progression par verrouillage de phase au midi solaire. Inventée par l’ingénieur et entrepreneur américain Danny Hillis, l’horloge vise à détourner la pensée de l’humanité de l’instant immédiat, pour inspirer une vision du monde à plus long terme.

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 5

L’IMPORTANCE CROISSANTE DU NICKEL DANS LA RÉVOLUTION DES VÉHICULES ÉLECTRIQUES À VENIR

Un volet essentiel de la stratégie d’atténuation du changement climatique consiste à modifier nos modes de transport. Selon les estimations, le secteur des transports compterait pour 14 % des émissions de gaz à effet de serre. Bien que la solution soit nécessairement multiforme, les véhicules électriques (VE) sont appelés à jouer un rôle important dans la lutte contre la pollution. Il va de soi que les véhicules électriques ne fonctionneront pas vraiment sans émissions tant que le réseau électrique ne sera pas lui-même décarboné. Cependant, une récente étude réalisée aux États-Unis par le National Renewable Energy Laboratory indique que, même avec un réseau électrique générateur de carbone, l’emploi des VE produit moins d’émissions que les options usuelles. Dans moins de cinq ans, les VE devraient coûter moins cher que les véhicules à combustion interne et leurs ventes devraient monter en flèche pour se compter en dizaines de millions. Selon certaines estimations, le nombre de VE en circulation pourrait atteindre 350 millions d’ici 2035.

6 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

Pourtant, jusqu’à récemment, les VE n’ont guère pesé dans la balance. En 2017, leurs ventes ont enfin dépassé le million, alors que les ventes mondiales de véhicules particuliers et utilitaires légers dépassaient les 88 millions en 2016, mais ce n’est que le début. Un secteur bientôt gourmand en nickel D’ici 2040, selon certains analystes, les ventes de VE devraient éclipser celles des véhicules à combustion interne, réduisant ainsi la consommation de pétrole de 8 millions de barils par jour. Les millions de voitures, camions et autobus ainsi mis en service nécessiteront des batteries lithium-ion contenant du nickel. Si les batteries représentent aujourd’hui 3 % de la production mondiale de nickel, selon les estimations du cabinet d’analyses Roskill, ce chiffre devrait augmenter rapidement.

De nouveaux couples électrochimiques Les batteries NMC actuellement employées par de nombreux constructeurs automobiles contiennent du nickel, du manganèse et du cobalt en proportions égales de 33 % (selon un rapport de 1:1:1). D’autres constructeurs utilisent déjà un rapport de 6:2:2 (60 % de nickel, 20 % de manganèse et 20 % de cobalt). Un effort en cours vise à optimiser davantage le couple électrochimique NMC pour créer une cathode de rapport 8:1:1 (80 % de nickel, 10 % de manganèse et 10 % de cobalt). Deux fabricants coréens, dont LG Chem, ont annoncé leur intention de mettre ces nouveaux couples électrochimiques sur le marché dès 2018. Et d’autres entreprises, comme Tesla, qui utilise des batteries NCA (nickel-cobaltaluminium), devraient également se mettre à utiliser plus de nickel. Bien qu’il existe aussi des couples lithium-ion sans nickel, personne n’a encore mis au point de technologie offrant une aussi bonne densité d’énergie (rapport énergie/poids), facteur essentiel pour produire des véhicules à la fois performants et économiques. Par conséquent, le nickel est appelé à jouer un rôle de plus en plus important dans la généralisation des véhicules électriques, et donc dans la course pour sauver la planète.

LA PLUS GRANDE BATTERIE LITHIUM-ION AU MONDE En 2016, lorsque les quelque 1,7 million d’habitants que compte l’AustralieMéridionale se sont retrouvés sans électricité parce qu’une tempête venait d’endommager une infrastructure essentielle, le nickel est devenu, par la force des circonstances, le héros discret de la lutte contre le changement climatique et des politiques énergétiques prévoyantes. À la suite de cette longue panne d’élec-

Bien que la nature exacte du couple

tricité, qui a duré jusqu’à deux semaines

électrochimique utilisé par la réserve n’ait

pour certains habitants, le directeur

pas été communiquée, Elon Musk a déjà

général de Tesla, Elon Musk, s’est engagé

dit que les batteries de réseau de Tesla

à doter l’Australie-Méridionale de la plus

utilisaient un couple lithium-ion à

grande batterie lithium-ion au monde en

cathode d’oxyde de nickel-manganèse-

moins de 100 jours. C’est ainsi qu’est née

cobalt.

la réserve électrique de Hornsdale.

Les cathodes des batteries NMC tradi-

Tesla a construit la batterie de 129 MWh tout près du parc éolien de Hornsdale, en partenariat avec Neoen, la société française d’énergie renouvelable qui possède et exploite ce dernier, et avec le Gouvernement de l’État. Elle est destinée

tionnelles se composent de nickel, de manganèse et de cobalt en tiers égaux. Cependant, les fabricants se sont mis à essayer différentes proportions de ces trois éléments, la part du nickel pouvant alors aller jusqu’à 80 % selon les informations les plus récentes. Plus la proportion

à équilibrer la charge des capacités de

de nickel augmente, plus la batterie peut

génération d’énergie renouvelable de

absorber de lithium, ce qui fait augmenter

l’État et à servir de système d’appoint

sa capacité et baisser son coût de fabrica-

et de secours lorsque des manques de

tion. Le nickel, le cobalt, le graphite et le

capacités sont prévus. Pour l’essentiel,

lithium sont les principaux déterminants

la batterie emmagasine l’énergie déjà

du coût global des batteries, que Tesla est

produite par le parc éolien et solaire.

parvenu à réduire de 35 %.

Il ne faudrait pas sous-estimer l’ampleur de l’utilisation du nickel dans cette réalisation. La batterie occupe environ un hectare et peut apporter un supplément de charge de pointe à environ 50 000 foyers.

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 7

LE NICKEL DOPE LES BATTERIES

L’inquiétude face au changement climatique, la campagne pour les économies d’énergie et les objectifs de réduction des émissions de CO2 ﬁxés par les gouvernements sont autant de facteurs qui renforcent l’intérêt des batteries destinées au stockage des énergies renouvelables. Même si le nickel n’apparaît pas toujours dans le nom des nombreux types d’accumulateurs qui l’utilisent, sa présence aide à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à mettre les énergies propres au centre de la lutte contre le changement climatique.

BATTERIES LITHIUM-ION

LES OPTIONS D’AUJOURD’HUI

Le nickel joue un rôle capital dans les couples électrochimiques lithium-ion utilisés pour alimenter les véhicules électriques, les dispositifs médicaux et les outils électriques sans ﬁl, ainsi que pour le stockage des énergies renouvelables.

Les batteries lithium-ion s’obtiennent en combinant des composés de lithium avec d’autres matériaux, et deux des couples électrochimiques lithium-ion d’usage courant contiennent du nickel.

COMPOSITION DE LA CATHODE :

NCA*

ALUMINIUM

33 %

COBALT

15 %

33 %

LA PART CROISSANTE DES BATTERIES LITHIUM-ION AU NICKEL

VIE PLUS LONGUE

PLUS D’ÉNERGIE STOCKÉE

PLUS LÉGÈRES

LES BATTERIES CONTENANT DU NICKEL SE DÉCLINENT EN PLUSIEURS COUPLES ÉLECTROCHIMIQUES ET OFFRENT LA PLUS HAUTE DENSITÉ D’ÉNERGIE DU MARCHÉ. Wh/kg

La densité d’énergie des batteries NMC augmente avec leur teneur en nickel

300

COBALT

** NMC : nickel-manganèse-cobalt

AVANTAGES

MOINS D’ESPACE

33 %

MANGANÈSE

NICKEL

NICKEL 80 %

* NCA : nickel-cobalt-aluminium

NMC**

250

Sans nickel

200

Contenant du nickel

Le secteur des accumulateurs lithium-ion poursuivra son essor en réponse à la forte demande de systèmes fonctionnant sur batteries. Cette envolée concerne en particulier les batteries contenant du nickel, dont la forte densité d’énergie est indispensable à la propulsion des véhicules électriques et au stockage des énergies renouvelables. Aujourd’hui, 39 % des batteries lithium-ion contiennent du nickel, et cette proportion devrait approcher les 58 % d’ici 2025.

2016

2025

150 100 50 0

Plombacide

NiFe Nickelfer

NiCd LTO NiMH LFP LMO NMC LCO NCA Nickel- Lithium-oxyde NickelLithium- LithiumLithiumLithiumLithiumcadmium de titane hydrure feroxyde de nickel-cobalt- oxyde de nickel-cobaltmétallique phosphate manganèse manganèse cobalt aluminium

CONTENANT DU NICKEL : 39 %

CONTENANT DU NICKEL :

58%

L’ÉNERGIE DES TRANSPORTS DU FUTUR

NMC* à faible teneur en Ni

LMO (lithium-oxyde de manganèse)

NMC* à teneur moy. en Ni

LFP (lithium-fer-phosphate)

Les entreprises et services publics du monde entier cherchent à accroître leurs capacités de stockage d’énergie au moindre coût pour réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Dans le secteur des batteries au lithium, cela se traduit par de gros investissements en recherchedéveloppement et en nouvelles unités de fabrication directement liés à l’essor des véhicules électriques (VE). Avec des cathodes contenant du nickel, les batteries sont plus compactes et plus légères et offrent une plus forte densité d’énergie, ce qui accroît le rendement des VE. Il est clair que les batteries de VE du futur utiliseront plus de nickel.

NMC* à forte teneur en Ni

LTO (lithium-titanate)

NCA (nickel-cobalt-aluminium) * nickel-manganèse-cobalt

LCO (lithium-oxyde de cobalt)

« Nos cellules devraient s’appeler “nickel-graphite”, car pour l’essentiel la cathode se compose de nickel et l’anode de graphite additionné de silice… [elles contiennent] un peu de lithium, mais plutôt comme une pincée de sel sur la salade. » — Elon Musk, directeur général de Tesla

VERS UNE SOCIÉTÉ PLUS DURABLE : LE NICKEL FAIT PARTIE DE LA SOLUTION Le nickel augmente la densité d’énergie et la capacité de stockage des batteries, et ce à moindre coût. Et, fait décisif, il aide à accroître l’autonomie des véhicules électriques. Ces nouvelles avancées rendent le kilowatt-heure stocké en batteries plus concurrentiel, pour que les sources d’énergie renouvelables mais intermittentes comme le solaire ou l’éolien puissent remplacer les combustibles fossiles.

Sources : Roskill • International Nickel Study Group, Nickel in batteries, 2015 • http://batteryuniversity.com/ • Entreprises membres du Nickel Institute

8 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

UN RÉCHAUD EN ACIER INOXYDABLE AU NICKEL POUR UNE CUISINE SANS FUMÉE DANS L’INDE RURALE

Selon des estimations publiées en 2012 par l’Organisation mondiale de la Santé, l’exposition à la fumée des fourneaux de cuisine traditionnels causerait chaque année plus de 4 millions de décès prématurés dans le monde. Ces fourneaux brûlent des biocombustibles (bois, bouse, résidus agricoles) ou du charbon, et ils restent le principal appareil de cuisson et de chauffage pour près de 3 milliards de personnes dans le monde en développement. L’Inde compte à elle seule plus de

sont plus faibles et il consomme moins

1,2 million de décès de ce type par an.

de combustible, avec un rendement de

Les méthodes de cuisson traditionnelles

combustion de 37 %. Comparé à un four-

souffrent aussi d’un faible rendement

neau en terre cuite traditionnel, il réduit

thermique et contribuent au changement

les émissions de particules fines (PM2,5)

climatique en émettant des gaz à effet de

de 72 %, les émissions de monoxyde de

serre (dioxyde de carbone et méthane) et

carbone de 80 % et la consommation de

des aérosols (noir de carbone).

combustible de 54 %.

Un réchaud écoénergétique

Cuisiner dans un air plus sain

réduisant les émissions

Selon les estimations, les 20 869 réchauds

Pour remédier au problème, un institut de

écoénergétiques mis en service entre

recherche sans but lucratif de New Delhi,

2009 et 2015 ont réduit le temps de

le TERI (The Energy Research Institute), a

cuisson de 43,6 % et fait économiser près

mis au point un réchaud écoénergétique

de 24 000 tonnes de bois de feu par an.

fonctionnant avec différents biocombus-

Une recherche effectuée par l’Université

tibles traditionnels (le TERI SPT 0610). Le

de Californie à San Diego, le TERI et la

foyer de l’appareil est en acier inoxydable

société Nexleaf Analytics indique que le

de nuance 304 (UNS S30400), tandis que

passage à un réchaud à biocombustible

son enveloppe extérieure, son embase

écoénergétique peut réduire les émis-

et ses éléments d’assemblage sont en

sions d’environ cinq tonnes d’équivalent

nuance 202 (S20200).

CO2 par ménage et par an, et la pollution

Lors de récents essais en laboratoire

L’objectif de développement durable numéro 7 de l’ONU (ODD 7) porte sur l’énergie et prévoit notamment de garantir l’accès de tous à des combustibles et systèmes énergétiques propres. Si cette cible est atteinte, elle pourrait prévenir des millions de décès prématurés et améliorer la santé et le bienêtre des milliards de personnes qui dépendent encore de systèmes et combustibles polluants pour s’éclairer, se chauffer et cuire leurs aliments.

atmosphérique de 60 % à 70 %.

réalisés à Delhi par le TERI, ce réchaud

Au moyen de telles innovations, l’acier

en acier inoxydable au nickel s’est montré

inoxydable au nickel contribue à amé-

beaucoup plus performant que ses

liorer la qualité de l’air et la santé dans le

homologues traditionnels. Ses émissions

monde en développement.

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 9

VOYAGE AU CENTRE DE LA TERRE : À 4500 M DE PROFONDEUR, LA VIABILITÉ DES PUITS GÉOTHERMIQUES ISLANDAIS POURRAIT DÉPENDRE DU NICKEL Les centrales géothermiques actuelles produisent de l’énergie en mettant de l’eau ou de la vapeur en contact avec des roches chaudes au fond de puits profonds de 60 à 3000 m, où la température se situe entre 200 et 325 °C. Dans ces limites, le secteur a des décennies d’expérience et les techniques sont assez bien connues. L’acier inoxydable et les autres alliages au nickel y sont d’usage courant et servent

HANSUELI KRAPF

principalement à résister aux saumures et composés chimiques corrosifs.

Avec les nouveaux projets géothermiques de pointe, qui envisagent des forages frôlant la limite du magma, où la pression peut atteindre 200 atmosphères, il devient plus essentiel que jamais de trouver l’alliage qui convient.

Différents alliages pour

résistant davantage à la corrosion. Il peut

différents milieux

s’agir d’aciers duplex de nuances 2205

Les centrales géothermiques se déve-

(S32205) et 2507 (S32750) ou d’alliages

loppent un peu partout dans le monde.

austénitiques tels que le 904L (N08904)

Leur capacité totale dépasse déjà les

ou le 825 (N08825). Dans les milieux

13 000 mégawatts (MW) et pourrait

extrêmement corrosifs, il faut parfois

atteindre 23 MW d’ici 2021. Certains pays

recourir aux alliages de nickel les plus

s’appuient beaucoup sur cette ressource :

résistants à la corrosion tels que le 625

au Kenya, par exemple, près de la moitié

(N06625) et le C-276 (N10276).

de l’électricité provient du parc géother-

Avec les nouveaux projets géothermiques

mique, dont la capacité atteignait quelque 650 MW fin 2016.

frôlant la limite du magma, où la pression

Tous ces forages géothermiques s’entre-

peut atteindre 200 atmosphères, il devient

prennent dans une très grande diversité

plus essentiel que jamais de trouver

de sols et de couches géologiques, avec

l’alliage qui convient.

des teneurs en ions métalliques, en

Aux frontières de la géothermie :

chlorures et en gaz corrosifs présentant d’énormes variations. Par conséquent, les conduites et appareils de traitement font appel à un large éventail d’aciers inoxydables et d’alliages de nickel.

10 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

de pointe, qui envisagent des forages

l’exploitation des fluides supercritiques Le premier de ces projets de forage profond est en cours de réalisation au champ géothermique de Krafla, dans le nord-est de l’Islande. Il vise à explorer le

Beaucoup de puits peu corrosifs

potentiel d’une ressource géothermique

utilisent des aciers inoxydables usuels,

d’un tout autre ordre de grandeur en

de nuances 304L (UNS S30403), 316L

captant des fluides supercritiques sur une

(S31603) et 321 (S32100), mais les puits à

plage de température comprise entre 400

fortes concentrations de chlorures ou de

et 600 °C. La matière est à l’état super-

sulfures nécessitent souvent des alliages

critique lorsque les conditions extrêmes

ÁSGEIR EGGERTSSON

techniques majeures. L’une d’elles est liée

que ses phases liquides et gazeuses ne se

au fait que la vapeur surchauffée contient

distinguent plus.

des gaz acides extrêmement corrosifs

En janvier 2017, après 176 jours d’un

attaquant même les alliages de nickel

forage utilisant des chemisages d’acier

ultrarésistants utilisés en géothermie

inoxydable, ce projet islandais (qui

classique. Les essais ont montré que des

pèse 15 millions de dollars) a atteint la

alliages comme le C-276 et le 625 résistent

profondeur visée (4 659 m) et y a trouvé

assez bien à la corrosion à 180 °C, mais

les conditions supercritiques attendues

beaucoup moins bien à 350 °C. Force

(452 °C, la plus haute température jamais

est de constater qu’en atteignant des

mesurée dans un puits géothermique).

températures de plus de 400 °C dans des

Depuis, les essais et la recherche se

milieux hautement corrosifs, les forages

poursuivent sans relâche, en particulier

profonds ont fait naître de nouveaux défis

sous la forme d’épreuves d’écoulement et

pour toute la gamme des alliages.

d’expériences de traitement des fluides.

S’il est possible de domestiquer cette

Les résultats définitifs des analyses

ressource, son potentiel sera énorme

techniques et économiques préalables à

dans les régions du monde où l’activité

la production d’électricité ne seront pas

volcanique rapproche le magma de la

connus avant fin 2018.

surface du globe. Mais la viabilité de

Des milieux extrêmes amplifiant les

son exploitation passe d’abord par la

problèmes de corrosion

découverte des alliages de nickel adaptés

Le forage a fait surgir des difficultés

aux nouveaux défis qu’elle pose.

Le champ géothermique de Krafla, dans le nord-est de l’Islande

S’il est possible de domestiquer cette ressource, son potentiel sera énorme dans les régions du monde où l’activité volcanique rapproche le magma de la surface du globe.

BATINTHERAIN

de température et de pression sont telles

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 11

LE PROJET QUEST DE LA SHELL L’ACIER INOXYDABLE AU NICKEL AU SERVICE DE LA QUALITÉ DE L’AIR

L’Agence internationale de l’énergie (AIE) considère le captage et le stockage du CO2 (CSC) comme un important moyen d’atténuation du changement climatique. Selon sa stratégie de réduction des émissions, exposée dans sa « Blue Map », le CSC est nécessaire pour réussir la transition vers une économie à faible émission de carbone et réaliser l’objectif fixé par l’Accord de Paris sur le climat, qui consiste à

GROUPE CNW/SHELL CANADA

maintenir le réchauffement climatique sous la barre des 2 degrés.

Les équipements de captage du CO2 comprennent des absorbeurs (traitement par les amines) intégrés à chacune des unités de production d’hydrogène, une colonne de régénération des amines commune, un compresseur de CO2 et une unité de déshydratation au triéthylène glycol.

Les opérations de CSC nécessitent des

Le dioxyde de carbone est capté à partir

conduites capables de résister à la

des unités de vaporéformage du méthane,

corrosion par l’acide carbonique, un

qui produisent l’hydrogène servant

acide faible résultant de la dissolution

à convertir le bitume en pétrole brut

du CO2 dans le liquide de traitement et

léger, pour être ensuite transporté par

attaquant les aciers au carbone dans

pipeline souterrain vers plusieurs puits

certaines conditions. Fort heureusement,

de stockage permanent situés à 65 km

les conduites en acier inoxydable au

du site. Ce système a une durée de vie

nickel de nuance 304L (UNS S30403)

nominale de 25 ans.

remplissent ce cahier des charges.

plus tôt que prévu

Le 304 L a joué un rôle clé dans le projet

Depuis sa mise en service il y a presque

Quest, lancé par la Shell en 2015, qui

3 ans, le système a passé plus tôt que

visait à capter et séquestrer jusqu’à

prévu le cap des 2 millions de tonnes de

un million de tonnes de CO2 produites

CO2 séquestrées.

par la préraffinerie de Scotford à Fort Saskatchewan (Alberta). Le système de séquestration a été construit pour le compte des entreprises participant au projet des sables bitumineux de l’Athabasca (Shell, Chevron et Canadian Natural Resources), avec le soutien des

12 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

Des objectifs atteints

Tenir le CO2 hors de l’atmosphère

Le projet Quest est le premier à adjoindre ce mode de traitement à une préraffinerie de sables bitumineux. Globalement, il séquestre chaque année des émissions équivalentes à celles d’environ 250 000 véhicules à moteur.

Gouvernements du Canada et de l’Alber-

Shell Canada souligne que le succès

ta. Son financement s’inscrivait dans le

du projet est dû en grande partie à son

cadre de l’engagement de la Province

intégration aux unités de traitement

à réduire les émissions des grands sites

existantes. Celle-ci a facilité la mise au

industriels, qui représentent 70 % des

point et l’optimisation du système pour

émissions en Alberta.

atteindre une fiabilité de 99 % (temps

d’arrêt non planifié inférieur à 1 %) sur la

Unité de production d’hydrogène

première année.

Selon un choix fondé sur l’expérience

CIMENT

technique de Shell Canada, les éléments

CONDUITE

de captage et de compression des unités H2

CO2

austénitique, de même que les conduites

d’injection des puits de stockage. Fonctionnement du système

trois unités de production d’hydrogène alimentant la conversion du bitume en pétrole brut. Le dioxyde de carbone est séparé des autres composants du flux de mélange gazeux (méthane, monoxyde de carbone et hydrogène) par contact avec une solution d’amines.

3 COUCHE DE SEL ÉTANCHE

CO2

COUCHE DE SCHISTE ÉTANCHE

L’unité de captage est raccordée à différents flux de gaz de procédé au sein des

COLONNE D’INJECTION PRINCIPALE

TRAITEMENT PAR LES AMINES Tête de puits

COMPRESSEUR Pipeline de CO2

GARNITURE D’ÉTANCHÉITÉ

FORMATION CIBLE PERFORATIONS LAISSANT LE CO2 PÉNÉTRER LA FORMATION

4 GROUPE CNW/SHELL CANADA

de traitement sont en acier inoxydable

COLONNE DE SURFACE COLONNE INTERMÉDIAIRE

Le dioxyde de carbone est ensuite séparé des amines par un procédé de régénération produisant 95 % de CO2 à une pression dépassant légèrement celle de l’atmosphère. Puis le flux de CO2 est porté à un état supercritique par compression, déshydraté par un compresseur multiétages et transporté par pipeline jusqu’aux puits de séquestration. Le CO2 entre dans le pipeline en phase dense, à une température d’environ 40 °C et à une pression d’environ 10 MPa. Lorsqu’il est injecté dans les puits, sa température est légèrement plus basse et il est à l’état liquide. Un grand pas en avant pour le CSC Par leur succès, la conception, la construction et l’exploitation de ces installations en Alberta constituent un grand pas en avant pour cette technologie. Les données du Global CCS Institute montrent qu’il y a « actuellement dans le monde 21 grandes installations de CSC en service ou en construction » et que « ces installations peuvent séquestrer chaque année 37 millions de tonnes de CO2 avant qu’elles ne soient libérées dans l’atmosphère », « ce qui équivaut à retirer de la circulation près de huit millions de véhicules particuliers ».

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 13

Lutte contre le changement climatique : un enjeu sérieux pour la Chine

Vers plus de véhicules électriques (VE) Plus grand marché automobile du monde, la Chine applique des mesures incitatives à l’achat de véhicules tout électrique ou hybrides rechargeables afin de réduire les émissions de CO2 et la pollution atmosphérique des villes. L’objectif est d’atteindre 5 millions de VE d’ici 2020. Ces véhicules sont généralement équipés de batteries lithium-ion au nickel. En février 2018, le Gouvernement chinois a également décrété que les constructeurs de VE devaient établir des centres de service et des filières de recyclage pour ces batteries.

14 | NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018

Vers plus de nucléaire Pour répondre à la demande d’électricité tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre, la Chine prévoit de construire 60 réacteurs nucléaires d’ici 2020. Ce programme a marqué un temps d’arrêt en 2011, à la suite de l’accident nucléaire de Fukushima (Japon), mais le pays a renouvelé son engagement et compte actuellement 20 réacteurs en construction. Le circuit primaire d’une centrale nucléaire, qui contient le cœur du réacteur, se compose presque exclusivement d’aciers inoxydables au nickel et d’alliages de nickel. Vers des chemins de fer plus écologiques Le plan de développement du réseau ferroviaire chinois pour 2016-2030 prévoit d’atteindre un total de 175 000 km de voies d’ici 2025. Les réseaux de métro seront également étendus. Cela nécessitera de nouvelles voitures ferroviaires, qui sont généralement en acier inoxydable au nickel de nuance 304 (UNS S30400). La Chine prend ces mesures très au sérieux, car ses vastes basses terres urbanisées risquent d’être largement submergées si le changement climatique ne s’atténue pas.

Trois nouvelles études de cas portant sur des structures en acier inoxydable au nickel propres à inspirer architectes et ingénieurs sont disponibles en téléchargement sur le site du Nickel Institute. Elles ont été établies par Nancy Baddoo, du Steel Construction Institute, une organisation indépendante de premier plan apportant son expertise technique et disséminant les meilleures pratiques au profit du secteur de la construction en acier.

NICKEL

LIGNE

En 2016, la Chine a investi 88 milliards de dollars dans les énergies renouvelables, plus que tout autre pays. Comptant cinq des principaux fabricants de panneaux solaires et cinq des dix premiers constructeurs d’éoliennes, ce pays augmente ses capacités à un rythme prodigieux, en installant une nouvelle éolienne toutes les heures en moyenne. Dans son effort de réduction des émissions de CO2, la Chine a aussi lancé d’autres initiatives, dont un bon nombre nécessitent des matériaux contenant du nickel.

Études de cas

Au Forum économique mondial tenu à Davos (Suisse) en janvier 2017, le Président chinois Xi Jinping a défendu l’Accord de Paris sur le climat et appelé à un renforcement de la coopération internationale en vue de résoudre les problèmes du monde actuel. La Chine jouera un rôle clé, car c’est déjà le pays qui investit le plus dans les infrastructures durables.

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

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NOUVELLES PUBLICATIONS Aciers inoxydables et alliages de spécialité pour les usines à papier et unités de conversion de la biomasse

Nickel Institute

communications@nickelinstitute.org www.nickelinstitute.org Published 2017

Stainless steels and specialty alloys for pulp, paper and biomass conversion mills

Le Nickel Institute a fait paraître une seconde édition anglaise entièrement révisée de son guide pratique intitulé Stainless Steels and Specialty Alloys for Pulp, Paper and Biomass Conversion Mills (Aciers inoxydables et alliages de spécialité pour les usines à papier et unités de conversion de la biomasse), une publication appréciée des professionnels.

KNOWLEDGE FOR A BRIGHTER FUTURE

Stainless steels

and specialty alloys for pulp, paper and biomass conversion mills A PRACTICAL GUIDE FOR MILL ENGINEERS

L’équipe de révision, qui réunissait dix spécialistes des matériaux sous la direction d’Andrew Garner, a bénéficié des conseils d’un groupe de travail du comité technique « corrosion et matériaux » de la TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry). En plus du contenu portant sur l’évolution technique des usines à papier, cet ouvrage comprend de nouveaux chapitres sur les unités de conversion de la biomasse et sur les techniques d’inspection basées sur les risques, ainsi qu’un guide complet sur l’emploi des éléments de fixation résistants à la corrosion. Il contient également des renseignements sur les nouveaux aciers inoxydables duplex (utilisations et caractéristiques déterminant leur comportement).

Nº 1. La passerelle piétonne d’Águilas Nº 2. La remise à neuf du Queensway Tunnel

NickelPub11025_Covers+Spine.indd 1

Nº 3. La centrale de valorisation énergétique des déchets d’Aurora

2017-12-01 9:21 AM

Ce guide, qui enrichira la bibliothèque de tout professionnel de la pâte à papier, peut être téléchargé gratuitement depuis le site du Nickel Institute. Pour en commander des exemplaires imprimés, écrire à communications@nickelinstitute.org.

CODES UNS

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

UNS

S20200 p. 9

0,15 max.

17,0 à 19,0

restant

7,5 à 10,0

0,25 max.

4,0 à 6,0

0,060 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30400 p. 2,9,12,14,16

0,08 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

0,10 max.

8,0 à 10,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S30403 p. 10

0,03 max.

18,0 à 20,0

restant

2,00 max.

0,10 max.

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31600 p. 5

0,08 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

0,10 max.

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31603 p. 10

0,03 max.

16,0 à 18,0

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

0,10 max.

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

S31635 p. 2

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.

0,75 max.

5 x (C+N) min. 0,70 max.

S32100 p. 10

0,08 max.

17,0 19,0

restant

2,00 max.

9,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

5 x (C+N) min. 0,70 max.

S32205 p. 10

0,030 max.

22,0 à 23,0

restant

2,00 max.

3,00 à 3,50

0,14 à 0,20

4,50 à 6,50

0,030 max.

0,020 max.,

1,00 max.

S32750 p. 10

0,030 max.

24,0 à 26,0

0,50 max.

restant

1,20 max.

3,3 à 5,0

0,24 à 0,32

6,0 à 8,0

0,35 max.

0,020 max.

0,80 max.

N08904 p. 10

0,020 max.

19,0 à 23,0

1,00 à 2,00

restant

2,00 max.

4,00 à 5,00

23,0 à 28,0

0,045 max.

0,035 max.

1,00 max.

N08825 p. 10

0,2 max.

0,05 max.

19,5 à 23,5

1,5 à 3,0

22,0 min.

1,0 max.

2,5 à 3,5

38,0 à 46,0

0,03 max.

0,5 max.

0,6 à 1,2

N06625 p. 10

0,40 max.

0,10 max.

20,0 à 23,0

5,0 max.

0,50 max.

8,0 à 10,0

3,15 à 4,15

58,0 min.

0,015 max.

0,50 max.

0,40 max.

N10276 p. 10

0,01 max.

2,5 max.

14,5 à 16,5

4,0 à 7,0

1,0 max.

15,0 à 17,0

restant

0,025 max.

0,010 max.

0,08 max.

3,0 à 4,5

NICKEL, VOL. 33, Nº 1, 2018 | 15

L’ACIER INOXYDABLE AU PREMIER PLAN D’UN IMMEUBLE DE LUXE ÉBLOUISSANT Le 520 de la 28e rue Ouest a transformé le paysage architectural du quartier newyorkais de Chelsea par sa spectaculaire façade de verre et d’acier inoxydable au nickel. Le luxueux immeuble résidentiel de 11 étages a été conçu par feu Zaha Hadid, une architecte britannoirakienne lauréate du prix Pritzker, et bien connue pour les formes abstraites et circulaires de ses réalisations. L’édifice se situe en bordure de High Line Park et son architecture s’inspire avant tout du paysage urbain environnant. Cet ouvrage en L se distingue par ses étages décalés et par les courbes de sa façade. Son acier inoxydable de nuance 304 (UNS 30 400) présente un fini noirci obtenu par patinage, brossage orbital et coloration à la main. Les tôles ont été conçues, découpées, soudées et installées par M. Cohen and Sons,

16 NICKEL, | NICKEL, VOL. VOL. 33,33, NºNº 1, 1, 2018 2018

une entreprise de fabrication et construction métallique de Philadelphie. Il a fallu investir 350 000 heures de main-d’œuvre pour les produire et donner vie à la vision de l’architecte. Le caractère fonctionnel et inaltérable de l’acier inoxydable apporte une solution faite pour durer. Son attrait esthétique le désigne comme matériau de choix pour produire un effet visuel saisissant. En outre, ce matériau devait figurer au cahier des charges pour que l’ouvrage s’harmonise avec le paysage de Chelsea, qui fut pendant longtemps un quartier industriel. L’immeuble compte 39 appartements de style loft et intègre un garage robotisé, une piscine de 23 m à plafond vitré et le seul cinéma IMAX privé de New York.

TIM FISHER PHTOTGRAPHY

Plus de 900 éléments entrelacés en tôles d’acier inoxydable de nuance 304 enveloppent élégamment la façade et les balcons de l’immeuble en formant un motif à chevrons, le tout produisant une œuvre d’art d’aspect dynamique et sculptural.