MAGAZINE
NICKEL
L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023
Transports : nickel et mobilité Les rapides avancées du rail indien
Les catalyseurs au nickel dans la décarbonation
Des carburants maritimes durables
ÉTUDE DE CAS 28 PONT SUR LE WALBERT NALLA L’étroite péninsule de Bombay compte plus de 440 ponts facilitant les déplacements de ses 12,5 millions d’habitants. Le viaduc Mrinaltai Gore est un gigantesque ouvrage d’infrastructure destiné à décongestionner les artères de la plus peuplée des villes d’Inde. Sa construction et sa mise en service en plusieurs phases se poursuivent. Tout récemment, le viaduc a été prolongé d’un pont enjambant un canal (le Walbert Nalla) à hauteur du quartier d’Oshiwara afin de répondre aux besoins futurs d’une banlieue
ISSDA
en plein essor.
Lieu : Quartier d’Oshiwara, en banlieue de Bombay Maître d’ouvrage : Corporation municipale du Grand Bombay Aciériste : Jindal Masse d’acier inoxydable : 450 tonnes Nuance : Duplex 2205 (UNS S32205)
Réalisé à la demande de la corpora-
d’acier inoxydable duplex 2205 (UNS
tion municipale du Grand Bombay,
S32205) fourni par l’aciériste Jindal.
l’ouvrage a été inauguré en 2022.
Le choix de cette nuance est dû à la
Il s’agissait de construire un nouveau
grande robustesse et à l’exception-
pont répondant pour les décennies
nelle résistance à la corrosion que
à venir aux qu’imposent le milieu
lui confère sa teneur en nickel et en
maritime, les conditions météoro-
molybdène.
logiques extrêmes et les eaux usées
L’emploi d’un acier inoxydable au
s’écoulant en dessous. Il fallait donc
nickel facilite aussi l’entretien du pont
recourir à un matériau offrant une
tout au long de sa durée de vie, ce qui
grande résistance aux contraintes et
en fait un choix économique tout en
à la corrosion. L’acier inoxydable était
réduisant l’empreinte carbone globale
tout choisi pour répondre au défi.
NICKEL, VOL. VOL. 38, 38, Nº Nº 2. 2. 2023 2023 22 || NICKEL,
de l’ouvrage. Les poutres et autres élé-
Les poutres et autres éléments de
ments de structure sont constitués au
structure sont composés en totalité
total de 450 tonnes d’acier inoxydable.
ÉDITORIAL NICKEL ET MOBILITÉ L’intelligence artifi cielle (IA) aurait pu contribuer à la rédaction de cet éditorial. Ce ne serait sans doute pas une utilisation à haut risque de ChatGPT, un agent conversationnel révolutionnaire devenu accessible ces derniers mois. Mais lorsqu’il s’agit de recourir à l’IA pour des questions de vie ou de mort, on s’interroge sur l’exactitude de ses conseils ? Les adeptes précoces de l’IA pourront consulter la rubrique « Le saviez-vous ? » en page 14 pour
NOMBRE TOTAL DE DEUX-ROUES
POUR 1 000 CITADINS EN INDE
MOTORISÉS DANS LES VILLES INDIENNES 253
2045 223
2035
205
2030 187
2025
169
2020 2010
149 137
USINE DE CELLULES
USINE DE 16,2 HA DEUX-ROUES AGRANDIE
100
239
2040
2015
120
264
2050
6,5 HA
80 60 40 20 0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Pour réaliser des systèmes de transport durables, il est essentiel de prescrire les matériaux convenant le mieux aux usages prévus. Le présent numéro de Nickel se penche sur les différents apports de notre métal favori au secteur des transports et sur ses façons de contribuer au déplacement des personnes et des biens d’un lieu à un autre de la manière la plus durable possible ou avec la plus faible empreinte carbone possible. Son rôle, bien que vital, est occulté. Pourtant, le nickel confère durabilité et résilience aux infrastructures de transport en prolongeant leur durée
Ola Electric, un grand constructeur indien de scooters, off re une solution facilitant le passage de l’essence à l’électrique pour le mode de transport le plus répandu en Inde. Découvrez en page 16 comment ses batteries NMC et sa giga-usine contribueront à cette transition indispensable face aux changements climatiques.
de vie et en faisant économiser de précieuses ressources. Ce numéro montre aussi comment le nickel contribue à améliorer le fonctionnement des composants essentiels à la mobilité tels que les batteries de véhicule électrique et les catalyseurs utilisés dans la production de carburants renouvelables. L’Inde actuelle est l’exemple type d’un lieu où le nickel participe au progrès de la mobilité. On lira avec intérêt comment le nickel utilisé dans les trains, les scooters et les ponts de ce vaste pays accompagne la mobilité de son immense population. Les nombreux rôles que joue le nickel dans notre quotidien sont souvent méconnus. Dans la nouvelle rubrique intitulée « Pourquoi le nickel ? », nos experts éclairent certaines fonctions intéressantes de cet élément extraordinaire d’une manière accessible à celles et ceux qui le découvrent. Une lecture à faire partager dans notre entourage avec les plus jeunes, dont l’intelligence est loin d’être artificielle. Clare Richardson Rédactrice en chef
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 3
OLA ELECTRIC
NOMBRE DE DEUX-ROUES MOTORISÉS
Millions
OCDE
quelques conseils sur l’emploi de cet outil émergent dans la sélection des matériaux.
02
Étude de cas 28 Pont sur le Walbert Nalla
03
Éditorial Nickel et mobilité
04
En bref
06
À fond de train
NICKEL
E N B R E F
SOMMAIRE
Les rapides avancées du rail indien
10
Les catalyseurs au nickel dans la décarbonation
12
Carburants maritimes durables Des options à explorer
13
Alliages de nickel Centenaire de la série B
14
Le saviez-vous ?
15
Pourquoi le nickel ?
15
Codes UNS
16
Scooters électriques Ola
Un nouveau réacteur d’extraction 1
2
3
2
1
a aqueux 1 (mélange à traiter) organique (navette) aqueux 2 (accepteur)
La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute.
b
c
www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Parul Chhabra, Gary Coates, Steve Deutsch, Rohit Kumar, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Juerg Schweizer, Odette Ziezold Conception : 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 Photos de banques d’images : iStock©Dinesh Hukmani (couverture), iStock©Dinesh Hukmani (page 8), iStock©tawatchaiprakobkit (page 12), iStock©Vectorian (page 12), iStock©RYiosha (page 13)
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En Corée du Sud, une équipe de recherche de lʼInstitut coréen de science fondamentale a créé une nouvelle méthode de recyclage des métaux précieux tels que le lithium, le nickel et le cobalt contenus dans les batteries lithium-ion usagées, en utilisant un réacteur rotatif horizontal traitant des mélanges complexes de métaux dans une seule cuve. À la différence des autres réacteurs, qui utilisent des membranes, celui-ci peut être brassé vigoureusement sans que cela mélange les différents liquides. Ce procédé peut séparer les métaux en lʼespace de quelques minutes. Lʼétude a montré que ce réacteur à liquides concentriques peut extraire les métaux précieux des batteries usagées plus efficacement et en utilisant moins de solvants quʼavec les méthodes actuelles, et ce dans un plus large éventail de conditions.
INSTITUT CORÉEN DE SCIENCE FONDAMENTALE
L’Inde passe à l’électrique
Une équipe de chercheurs de l’université de Cambridge, en collaboration avec des collègues basés en Autriche, a découvert un nouveau moyen de fabriquer un substitut possible aux aimants aux terres rares : la tétrataénite, un « aimant cosmique » se formant naturellement dans les météorites en l’espace de quelques millions d’années. Le professeur Lindsay Greer explique : « La tétrataénite de synthèse a le potentiel d’offrir des aimants permanents sans
Une couche de plus Écorce Manteau Noyau externe
terres rares constitués de nickel, de fer et de phosphore, trois éléments abon-
Noyau interne (graine)
dants dans l’écorce terrestre, et d’éviter ainsi d’avoir à retirer du sol des
Sous-graine
quantités colossales de minerais pour en extraire un faible volume de terres rares. L’ajout de phosphore permet de produire de la tétrataénite en quelques secondes. » Cela pourrait révolutionner les technologies à faible empreinte carbone, par exemple en apportant aux véhicules électriques des aimants
WIKIMEDIA COMMONS
permanents haute performance.
UNIVERSITÉ NATIONALE AUSTRALIENNE
Une découverte météorique
Une équipe de lʼuniversité nationale australienne a mis au jour des données confirmant la présence dans le noyau interne, ou graine, de la Terre dʼune sous-graine sphérique constituée dʼalliage fer-nickel à lʼétat solide. Les géologues ont découvert cette graine cachée en étudiant des ondes sismiques se réverbérant jusquʼà cinq fois sur tout le diamètre de la Terre (les études précédentes nʼavaient examiné quʼun seul reflux). Ces ondes ont servi à sonder des zones proches du centre sous différents angles et à détecter ainsi la présence possible dʼune structure cristalline distincte au plus profond du noyau interne. Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications, indiquent quʼil est essentiel de sonder le centre de la planète pour comprendre sa formation et son évolution. Les géologues de lʼuniversité nationale australienne pensent que la sousgraine pourrait expliquer la formation du champ magnétique terrestre.
Décollage d’un nouvel alliage
NASA
Une équipe d’innovateurs de la NASA et de l’université d’État de l’Ohio a fait une percée majeure en réalisant un nouvel alliage d’impression 3D convenant aux environnements extrêmes. Baptisé GRX-810 et conjuguant nickel, cobalt et chrome, il pourrait rendre les éléments de propulseurs d’aéronefs et d’engins spatiaux plus résistants et plus durables. Cet alliage renforcé par dispersion de particules nanométriques d’oxyde peut supporter des températures dépassant les 1 080 °C. D’infimes particules contenant des atomes d’oxygène sont diff usées dans la masse de l’alliage pour le renforcer et faire reculer ses points de rupture afin qu’il supporte des conditions encore plus rigoureuses. « Ce nouvel alliage est une réussite majeure », selon Dale Hopkins, responsable adjoint du programme Transformational Tools and Technologies de la NASA.
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À FOND DE TRAIN LE NICKEL DANS LES RÉSEAUX FERROVIAIRES EN PLEINE EXPANSION DE L’INDE Du métro aux grandes lignes, les Indian Railways constituent l’un des plus vastes réseaux ferrés à opérateur unique au monde, transportant chaque jour plus de
LE RAIL INDIEN
22 millions de voyageurs et environ 3,5 millions de tonnes de fret. C’est aussi l’un des
2 2 millions de
plus grands employeurs commerciaux au monde, avec un effectif dépassant 1,6 million
voyageurs par jour
3,5 millions de tonnes de fret par jour
de personnes. Pour faire face à l’essor soutenu de la population, de l’urbanisation et de l’industrialisation, le secteur ferroviaire indien se développe au pas de charge en visant la création d’un réseau plus rapide, plus étendu et plus performant. Ces objectifs ambitieux pour l’infrastructure ferroviaire de l’Inde nécessitent des investissements prudents assurant sa viabilité à long terme. C’est là que les aciers au nickel jouent un rôle
INDIAN RAILWAYS
déterminant. La modernisation du réseau ferré
Ces matériaux permettent de réaliser
indien, du métro aux grandes lignes,
des structures à la fois légères et très
est une entreprise multiforme. Il s’agit
résistantes offrant une durabilité
notamment d’accélérer le transport des
et une résilience exceptionnelles.
voyageurs et du fret, d’électrifier la tota-
Chaque voiture de métro intègre
lité du réseau et d’étendre rapidement
environ 8 tonnes d’acier inoxydable de
les lignes tant locales qu’interurbaines.
nuance 301LN (UNS S30153) affichant
Un progrès si colossal nécessite
une limite d’élasticité après écrouissage
d’adopter des technologies ferroviaires
allant de 345 à 690 MPa. Les rames ainsi
innovantes et d’aménager des gares et
produites ont l’avantage de peser moins
des stations à une échelle inédite.
lourd, de consommer moins d’énergie,
Multiplication des métros dans les grandes villes Les aciers inoxydables au nickel offrent d’incomparables avantages de résistance, de durabilité, d’économies d’énergie et de réduction des besoins d’entretien.
6 | NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023
de se passer de peinture et de nécessiter beaucoup moins d’entretien.
Inaugurés pour la première fois à
Plus de 3 000 voitures de métro sont déjà
Delhi en 2002, les réseaux de métro
en service et 3 000 autres viendront s’y
ont fait leur apparition dans presque
ajouter dans les trois à cinq prochaines
toutes les grandes cités indiennes,
années. Pour répondre à cette hausse
où ils sont désormais en service ou à
de la demande, trois usines de voitures
différents stades de construction. Ces
de métro sont déjà en service, deux sont
réseaux font largement usage d’aciers
en construction bien avancée et deux
inoxydables austénitiques nus, près
autres encore sont en cours de plani-
de 100 % des caisses de voitures de
fication. Ces progrès mettent l’Inde en
métro se composant d’aciers au nickel.
position de devenir un pôle mondial
pour la fabrication des voitures de
Afin de réduire les besoins d’entretien
métro.
à un minimum tout en augmentant
station Les réseaux de métro indiens comptent aujourd’hui 660 stations en service, auxquelles s’ajouteront bientôt 228 stations actuellement en construction et 213 en cours de planification, puis 500 autres qui seront construites dans un proche avenir. Comme ces réseaux fonctionnent en continu tout au long de
la disponibilité et la durée de vie des stations, l’emploi d’aciers inoxydables au nickel est fortement recommandé pour les rampes, garde-corps, bardages, auvents, verrières, comptoirs et panneaux signalétiques, ainsi que pour d’autres éléments utilitaires. Pour ces usages, les cahiers des charges prescrivent l’emploi d’acier inoxydable de nuance 304 (S30400).
la journée, l’entretien de l’infrastruc-
À ce jour, les stations de métro achevées
ture, et en particulier des stations,
ou en construction ont nécessité envi-
devient une tâche difficile et coûteuse.
ron 30 000 tonnes d’acier inoxydable.
La construction de nouveaux réseaux de métro est en train de transformer rapidement plus de 20 grandes cités indiennes. Actuellement, les villes indiennes comptent plus de 840 km de lignes de métro en service, auxquels s’ajoutent 480 km en construction et 375 km officiellement planifiés et approuvés. En outre, environ 1 060 km de nouvelles lignes proposées sont à l’étude.
LES MÉTROS INDIENS 8 tonnes d’acier inoxydable 301LN par voiture 3 000 voitures en acier inoxydable déjà en service 3 000 nouvelles voitures en acier inoxydable de plus dans les 3 à 5 prochaines années
840 km de lignes de métro déjà en service 480 km en construction 375 km en projet
660 stations déjà en service 228 stations en construction 213 stations planifiées
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 7
WIKI
De l’acier inoxydable dans chaque
LE RAIL INTERURBAIN INDIEN Ni
60 000 voitures ferroviaires déjà en service
29 000 tonnes d’acier inoxydable 304 par an
7 000 autres en production
3 600 tonnes de 316L pour les équipements intérieurs
7 800 de plus prévues pour 2024
8 | NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023
8 000 gares déjà en service 100 gares en rénovation 1 275 gares visées par un programme de rénovation
De vastes plans de rénovation
en grande production
Pour ses quelque 8 000 gares de grandes
Essentiels au transport interurbain
et petites lignes, l’Inde a adopté un
des voyageurs et du fret, les trains de
plan de rénovation de grande ampleur
grandes lignes constituent un secteur
établissant l’ordre de priorité des
primordial du rail indien. Cette partie
travaux. Une centaine de gares sont
du réseau exploite plus de 60 000 voi-
actuellement en rénovation en tant
tures ferroviaires.
qu’entreprises immobilières auto-
Depuis 2018, les Indian Railways
nomes. En particulier, les grandes
emploient uniquement de l’acier
gares de Delhi, Bombay et Ahmedabad
inoxydable pour toutes les voitures
font l’objet de rénovations totalisant
produites, notamment celles des trains
ensemble un investissement de plus de
à grande vitesse et autres interurbains.
1,25 milliard de dollars US. De grands
Les éléments à protéger de la corrosion,
travaux sont également en cours dans
tels que le pavillon, le plancher ondulé,
cinq autres gares importantes. Dans ces
les passerelles d’entrée, les réservoirs
chantiers publics de grande enver-
d’eau, le biodigesteur et les autres
gure, les aciers inoxydables au nickel
appareils sanitaires, sont tous en aciers
constituent l’option de choix pour les
inoxydables austénitiques contenant
façades, les rampes, les garde-corps et
du nickel. Les panneaux latéraux et
bien d’autres équipements, parce qu’ils
d’extrémité sont en aciers inoxydables
sont durables, résistants à la corrosion
utilitaires peints selon la catégorie de
et faciles à mettre en forme, et qu’ils
voitures.
nécessitent très peu d’entretien.
Il y a peu, les Indian Railways ont
Plus tôt cette année, les
annoncé leur programme de produc-
Indian Railways ont annoncé le
tion annuelle de voitures, qui pré-
programme Amrit Bharat (Inde immor-
voit une augmentation de la demande
telle), qui vise à moderniser 1 275 autres
d’acier inoxydable. Un total de 7 000 voi-
gares d’un bout à l’autre du pays. Ces
tures sont en production cette année, et
chantiers feront l’objet d’une dépense
le programme en prévoit 7 800 pour l’an-
budgétaire de 30 milliards de dollars US
née prochaine. Cela nécessitera chaque
au cours du prochain exercice finan-
année plus de 29 000 tonnes d’acier
cier, et les aciers inoxydables au nickel
inoxydable au nickel de nuance 304. Par
y tiendront une place importante. Cela
ailleurs, 3 600 tonnes d’acier inoxydable
garantira que le réseau ferré essentiel
316L (S31603) serviront à la fabrication
pour l’Inde continuera de fournir des
d’équipements intérieurs tels que les
solutions durables aux défis de l’urba-
cuves de biodigesteur.
nisation et de l’industrialisation dans le
À mesure que de nouveaux modèles de
pays le plus peuplé au monde.
voitures sont mis au point et que l’atten-
À mesure que l’infrastructure ferro-
tion des pouvoirs publics se tourne vers
viaire de l’Inde s’étend, l’intégration des
la réduction du poids, l’emploi d’aciers
matériaux contenant du nickel est de
inoxydables austénitiques au nickel
plus en plus déterminante. Elle assure
passés au laminoir d’écrouissage est
le succès et la pérennité du réseau,
envisagé pour les parois latérales. Cela
appuie la croissance économique
élargira leur part de marché au cours
du pays et répond aux besoins d’une
des deux prochaines années.
population en plein essor.
L’emploi de matériaux contenant du nickel est indispensable pour transformer les chemins de fer indiens en un réseau efficace et résilient appelé à servir le pays tout au long des décennies à venir.
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 9
SOURCES : MINISTÈRE INDIEN DES TRANSPORTS FERROVIAIRES, BUREAU D’INFORMATION DE LA PRESSE; ASSOCIATION INDIENNE POUR LE DÉVELOPPEMENT DE L’ACIER INOXYDABLE
Des trains de grandes lignes
CATALYSEURS AU NICKEL LES NOMBREUSES VOIES MENANT À LA DÉCARBONATION DES TRANSPORTS Les catalyseurs au nickel sont essentiels pour fournir l’énergie nécessaire au transport terrestre, maritime ou aérien des personnes et des biens. En plus de leur rôle dans la production du biodiesel, du diesel renouvelable et du carburant d’aviation durable (CAD), les catalyseurs au nickel s’utilisent dans les électrolyseurs d’eau servant à produire de l’hydrogène. Ce dernier peut alors s’utiliser par combustion directe ou dans des piles à combustible, servir à l’hydrotraitement d’autres carburants renouvelables ou être converti en un autre carburant tel que le méthanol ou l’ammoniac. Il peut aussi s’employer dans la production à bilan carbone nul d’autres produits chimiques, ou encore d’acier à partir de minerai de fer. Électrolyseurs AEM
Membrane échangeuse d’anions
AWE
Électrolyse alcaline de l’eau
PEM
Membrane échangeuse de protons
SOE
Électrolyse à oxyde solide
Électrolyseurs et piles à combustible Les électrolyseurs utilisent de l’électricité pour décomposer l’eau en oxygène et en hydrogène. Une pile à combustible fait l’inverse en combinant oxygène et hydrogène pour produire de l’eau et de l’électricité. Selon l’Agence internationale de l’énergie, la demande d’hydrogène produit à partir d’énergie renouvelable, appelé hydrogène vert, devrait exploser au cours des 25 prochaines années. On dispose actuellement de quatre types d’électrolyseurs : à membrane échangeuse de protons (PEM, pour proton-exchange membrane), à électrolyse alcaline de l’eau (AWE, pour
Séparateur
alkaline water electrolyser), à membrane échangeuse d’anions (AEM, pour anion exchange membrane) et à oxyde solide (SOE, pour solid-oxide electrolyser). Bien que les électrolyseurs PEM soient les plus efficaces, ils nécessitent l’emploi de platine et d’iridium comme catalyseurs, alors que les trois autres types utilisent des catalyseurs au nickel. Parmi les trois types fonctionnant au nickel, ceux à électrolyse alcaline dominent le marché. Le nickel s’y trouve dans l’anode, dans la cathode et dans les composants de la plaque d’écoulement de la cellule électrolytique. La plaque d’écoulement se compose d’un treillis de nickel peu serré
Anode
Vue agrandie d’une cellule AWE Le nickel s’y trouve dans l’anode, dans la cathode et dans les composants de la plaque d’écoulement.
Joint
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Plaque d’écoulement
© INDUSTRIE DE NORA S.P.A., 2016
Cathode
Le pour et le contre des différents catalyseurs Le coût initial relativement faible des électrolyseurs AWE a fait croître leur utilisation, mais pour réduire le plus possible les coûts de production et répondre à la demande d’électricité renouvelable, les électrolyseurs AEM et SOE ont fait leur apparition et gagnent du terrain. Les systèmes AEM ont un rendement électrique supérieur à celui des systèmes AWE tout en utilisant des matériaux similaires, si bien qu’on les considère souvent comme intermédiaires entre les AWE et les PEM. Comme les électrolyseurs AWE, les électrolyseurs PEM utilisent des treillis de nickel pour réguler l’écoulement et fournir le courant, et ils emploient aussi des catalyseurs au nickel. Contrairement aux catalyseurs relativement simples des systèmes AWE, ceux des systèmes PEM sont généralement de réalisation plus complexe.
Les catalyseurs anodiques haute performance proposés comprennent des hydroxydes doubles lamellaires au NiFe sur feuille en fibre de carbone et des alliages NiCoSe sur mousse de nickel. Les catalyseurs cathodiques sont généralement des alliages NiFe et NiCo sur treillis de nickel. Les électrolyseurs SOE fonctionnent à très haute température (> 600 °C) et conjuguent rendement élevé et capacité d’intégrer la chaleur fatale dans des applications industrielles. Leur catalyseur, souvent en particules de nickel métallique, est posé directement sur l’électrolyte, qui est constitué d’un oxyde métallique devenant conducteur ionique à la température de fonctionnement élevée du système. L’irremplaçabilité du nickel Il ne s’agit là que d’exemples du rôle des catalyseurs et autres composants au nickel dans la décarbonation du futur bouquet énergétique. Par son coût relativement faible, par son inertie aux substances corrosives et par les caractéristiques de rendement qu’il confère
Le premier train de voyageurs à hydrogène d’Amérique du Nord a été mis en service en 2023 sur la ligne reliant Québec à Baie-Saint-Paul.
aux électrolyseurs, le nickel est un élément irremplaçable des techniques d’électrolyse émergentes.
© ALSTOM SA, 2023
facilitant le transport de l’électrolyte et des gaz émis. L’anode est en général un treillis de fibres de nickel frittées, tandis que la cathode est un treillis de fibres de nickel similaire revêtu d’un catalyseur. Ces catalyseurs sont propres aux différents fournisseurs, mais le NiFeOx est d’usage courant.
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 11
CARBURANTS MARINS DURABLES : DES OPTIONS À EXPLORER L’Organisation maritime internationale (OMI) vise une réduction du total des émissions de gaz à effet de serre (GES) du secteur d’au moins 50 % d’ici 2050, et il va de soi que les aciers inoxydables au nickel joueront un rôle important dans les options envisagées pour y parvenir. Pour atteindre cet objectif, l’industrie maritime a besoin de carburants à empreinte carbone faible, neutre ou nulle. Les trois premiers choix sont l’hydrogène, l’ammoniac et le méthanol. Le méthanol est le plus facile à gérer, car il est liquide à température ambiante, tandis que l’ammoniac et l’hydrogène se liquéfient respectivement à -33 °C et -253 °C. Hydrogène
courant dans la production d’engrais
L’hydrogène peut servir de carburant
azotés. Les projets visant à utiliser
soit par combustion directe, soit en
l’ammoniac comme carburant de
alimentant une pile à combustible produisant de l’électricité. Cependant, son stockage est plus complexe que celui Les aciers inoxydables au nickel sont essentiels à la production de carburants maritimes durables.
du méthanol ou de l’ammoniac, car il ne se liquéfie qu’à -253 °C et nécessite de plus grands réservoirs en raison de sa faible densité volumique d’énergie. La propulsion à l’hydrogène serait viable si on construisait des navires-citernes
L’acier inoxydable au nickel joue un procédé.
nucléaire, ou par vaporeformage, mais avec captage du CO2.
au nickel, qui résiste à la perméation et à la dégradation de ses propriétés par l’hydrogène et offre la ténacité requise pour supporter des températures
12 | NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023
présence d’un catalyseur métallique.
soit neutre ou nul, il faut le produire
C’est là qu’intervient l’acier inoxydable
N = Azote
pressions et températures élevées en
par électrolyse de l’eau en utilisant une
de fortes contraintes sur les matériaux.
H = Hydrogène
Viking Energy. L’ammoniac est produit
rôle essentiel à plusieurs stades de ce
Les propriétés de l’hydrogène exercent
O = Oxygène
tible fonctionnant à l’ammoniac sur un navire ravitailleur de l’entreprise
hydrogéner du diazote atmosphérique à
électricité de source renouvelable ou
C = Carbone
ainsi que l’emploi d’une pile à combus-
servait aussi à l’alimenter.
naturel. Pour que son bilan carbone
Méthanol
moteur à combustion interne au GNL,
par le procédé Haber, qui consiste à
produit par vaporeformage du gaz
Ammoniac
sion par l’armateur japonais NYK d’un remorqueur jusqu’ici propulsé par un
où le chargement d’hydrogène liquide À l’heure actuelle, l’hydrogène est
Hydrogène
substitution comprennent la conver-
Méthanol Le méthanol s’utilise déjà comme carburant maritime, mais il s’agit d’un composé hydrocarboné dérivé du gaz naturel. Bien qu’on puisse produire un méthanol à bilan carbone neutre à partir de biomasse, on peut aussi le synthétiser par un procédé d’hydrogénation du dioxyde de carbone.
cryogéniques extrêmes ne dépassant
Tandis que la progression des carbu-
pas -253 °C.
rants maritimes durables destinés à
Ammoniac
réduire les émissions de GES se pour-
L’ammoniac a suscité un grand intérêt.
suit, les aciers inoxydables au nickel
Bien que très toxique, il est d’usage
restent essentiels à leur production.
LE CENTENAIRE DES ALLIAGES AU NICKEL DE LA SÉRIE B (NI-MO) Avant l’avènement des infatigables alliages au nickel de la série C (Ni-Cr-Mo), au début des années 1930, les alliages nickel-molybdène faisaient aussi l’objet de travaux. Ceux-ci ont débouché en 1921 sur la délivrance d’un brevet pour une série d’alliages nickel-molybdène, puis sur le lancement en 1923 d’un alliage B (Ni-Mo) contenant 60 % de nickel et près de 30 % de molybdène. Les alliages de la série B possèdent une
d’origine. Il se distingue par une teneur
résistance exceptionnelle aux acides
réduite en silicium et en carbone
réducteurs tels que les acides chlorhy-
servant à améliorer sa stabilité ther-
drique, sulfurique, acétique et phos-
mique et sa résistance à la formation
phorique. Hélas, ces alliages résistent
de carbures aux joints de grains. Ce
mal à la corrosion en milieux oxydants.
gain de résistance à la corrosion est
Par conséquent, leur emploi n’est pas recommandé dans ces milieux ou en présence de sels ferriques ou cuivriques, pour éviter une corrosion rapide
particulièrement bénéfique dans les zones affectées par la chaleur après le soudage.
et une défaillance prématurée. Les sels
Un supplément d’optimisation a ensuite
en question se forment notamment par
débouché sur l’alliage B-3, qui offre
contact de l’acide chlorhydrique avec
encore plus de stabilité thermique, une
du fer ou du cuivre.
meilleure aptitude au formage et une
Avant la Seconde Guerre mondiale, l’alliage B s’utilisait dans les aubes de
plus grande résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte.
compresseur de suralimentation des
Le molybdène apporte surtout la
moteurs d’aviation pour accroître leur
résistance à la corrosion par les
rendement et augmenter leur puis-
acides réducteurs, mais c’est le nickel
sance, mais d’autres superalliages ont
qui constitue l’assise de ces alliages
fini par le remplacer dans cet usage.
techniques faciles à mettre en forme et
L’alliage B-2, lancé dans les années 1970,
à souder pour créer des équipements
est une modification de l’alliage B
industriels utiles.
Les alliages de la série B s’utilisent surtout dans les milieux contenant de l’acide chlorhydrique ou sulfurique, mais aussi en présence d’acide acétique, phosphorique ou formique. On les trouve en particulier dans les réacteurs chimiques, les échangeurs de chaleur et les vannes, pompes et tuyauteries.
Composition type des alliages de la série B Alliage
(UNS)
Introduction
Ni
Mo
Cr
Si max.
Fe
C max.
B
(N10001)
1923
restant
28
1
1
5
0,05
B-2
(N10665)
Années 1970
restant
28
1
0,10
2
0,02
B-3
(N10675)
Années 1990
restant
28
2
0,10
2
0,01
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 13
LE SAVIEZ-VOUS ? LES EXPERTS DU NICKEL INSTITUTE RÉPONDENT À VOS QUESTIONS
NICKEL
EN LIGNE
Geir Moe est l’ingénieur chargé de coordonner le service d’information technique du Nickel Institute. Constituée d’experts techniques situés dans le monde entier, son équipe se tient à la disposition des utilisateurs et prescripteurs de matériaux contenant du nickel pour leur apporter gratuitement des conseils techniques sur une vaste gamme d’utilisations de ce métal (aciers inoxydables, alliages de nickel, nickelage, etc.) et leur permettre ainsi de tirer parti de ses nombreux avantages en toute confi ance. https://inquiries.nickelinstitute.org/
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14 | NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023
Q R
Question : Quelle confi ance accorder aux réponses des simulateurs d’intelligence tels que ChatGPT concernant les propriétés et utilisations des matériaux au nickel ? Réponse : ChatGPT est un agent conversationnel reposant sur un grand modèle de langage créé par OpenAI. Il est entraîné sur plusieurs ensembles de données, dont la plupart résident sur le Web, mais son entraînement initial n’est pas supervisé, car un entraînement supervisé devrait se faire sous la conduite d’experts techniques, prendrait un temps incroyable et serait extrêmement coûteux. Ce simulateur d’intelligence génère ses réponses en prédisant le prochain mot d’une séquence selon sa probabilité. Comme ses résultats sont probabilistes, il ne peut pas indiquer la source des données figurant dans sa réponse. Par conséquent, la qualité de la réponse dépend de celle des informations fournies lors de l’entraînement. La plupart des informations sur les matériaux contenant du nickel se trouvent dans des sites à péage, dans
des publications qui ne sont pas librement accessibles en ligne, voire dans les connaissances des experts techniques. Les publications du Nickel Institute sont numérisées et permettent ainsi une recherche en texte libre, mais à notre connaissance, elles ne sont pas incorporées aux ensembles de données utilisés pour entraîner ChatGPT. Ces publications sont en libre accès sur notre site Web : nickelinstitute.org. Nous avons testé ChatGPT en lui posant un certain nombre de questions simples, et les réponses nous impressionnent. Mais dans tous les cas, il y a des erreurs. À cet égard, même OpenAI reconnaît que les réponses sont parfois trompeuses ou inexactes. Ainsi, ces réponses peuvent servir à orienter une recherche d’informations, mais il ne faut pas s’y fier comme si elles étaient sans appel.
Le nickel se décline sous de nombreuses formes, depuis les nanofils jusqu’aux aciers inoxydables. Mais quelles propriétés en font un élément essentiel dans tant d’objets du quotidien ?
Pourquoi le nickel ? LE NICKEL DANS LES ÉLÉMENTS CHAUFFANTS D’UN GRILLE-PAIN
Le grille-pain
Dans les pays où l’on consomme souvent du pain en tranches, les cuisines sont en général équipées d’un grille-pain électrique. Celui-ci réchauffe le pain pour rehausser son goût et sa texture en le rendant doré et croustillant.
Mais comment ça marche ?
La chaleur provient de fils de faible diamètre où circule un courant électrique. Leur forte résistance à ce courant les chauffe au rouge, mais leur chaleur se transmet sous forme d’ondes infrarouges invisibles à l’œil humain.
Ces fils se composent d’un alliage le plus souvent appelé nichrome, qui contient environ 80 % de nickel et 20 % de chrome. Mis sous tension, ces fils deviennent extrêmement chauds, leur température atteignant jusqu’à 620 °C. Cependant, l’air circulant autour du pain n’atteint qu’environ 150 °C, ce qui suffit encore à se brûler les doigts.
Codes UNS
Pourquoi le nickel ?
Dans le nichrome, le nickel sert notamment à empêcher les fils de devenir cassants à force d’être réchauffés et refroidis des milliers de fois. La conjugaison du nickel et du chrome apporte la grande résistivité nécessaire pour que les fils se réchauffent vite et restent chauds. Le chrome sert aussi à inhiber la réaction des fils avec l’oxygène de l’air pour éviter qu’ils ne perdent leur épaisseur avec le temps.
Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).
UNS
C
Cr
Fe
Mn
Mo
N
Ni
P
S
Si
S30153 p. 6
0,03 max.
16,0 à 18,0
restant
2,00 max.
-
0,07 à 0,20
6,0 à 8,0
0,045 max.
0,030 max.
1,00 max.
S30400 p. 7
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.
S31603 p. 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.
S32205 p. 2
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.
N06003 p. 15
0,15 max.
19,0 à 21,0
1,00 max.
2,5 max.
-
-
restant
-
0,01 max.
0,75 à 1,6
NICKEL, VOL. 38, Nº 2. 2023 | 15
L’INDE PASSE À L’ÉLECTRIQUE OLA ELECTRIC
En Inde, les deux-roues constituent le mode de transport personnel le plus pratique et le plus répandu et comptent pour plus de 80 % des véhicules en service. Les primes accordées par lʼÉtat ayant amorcé lʼabandon des moteurs à essence, lʼInde compte déjà plus de 1,3 million de deux-roues électriques dans lʼeffervescence de ses rues. Ce nʼest que 4,6 % du parc, mais avec lʼambition dʼatteindre les 80 % dʼici sept ans. Au premier rang des constructeurs indiens de deux-roues électriques, Ola Electric vise une progression exponentielle de sa production de scooters. Selon Bhavesh Aggarwal, fondateur et PDG de lʼentreprise : « La Ola Electric se dit « fi dèle à sa mission d’apporter la mobilité électrique à un milliard de personnes », dans le cadre de son engagement à faire en sorte que plus aucun deux-roues à essence ne se vende en Inde après 2025. Le passage en masse aux scooters électriques aura des retombées appréciables pour faire face à la crise climatique.
cellule de batterie est au cœur de la révolution du tout électrique. Ola est en train de construire le centre de recherche sur les cellules le plus avancé au monde, qui servira à accélérer les innovations et leur passage en production et à construire sous peu les véhicules électriques les plus modernes et les plus abordables au monde. » En juillet 2022, Ola Electric a dévoilé la NMC 2170, la première cellule lithiumion créée entièrement en Inde.
16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.38,38,NºNº2.2.2023 2023
Auparavant, les constructeurs indiens de véhicules électriques dépendaient de cellules venant de Corée, de Taïwan, de Chine ou du Japon. Bhavesh Aggarwal explique : « La cellule cylindrique de pointe à forte teneur en nickel dʼOla utilise lʼalliage NMC à la cathode et conjugue graphite et silicium à lʼanode. Lʼemploi de ce couple électrochimique et de ces matériaux donne une cellule stockant plus dʼénergie par unité de volume et améliore aussi son cycle de vie global. Cela se traduit par une plus grande autonomie des véhicules. » Ola Électric démarrera la production en série de sa cellule NMC 2170 en interne avec lʼouverture de sa giga-usine à venir en 2023.