Projet ANR-13-RMNP-0007 – colline : COLlapse du LINEr polymère des réservoirs composite pour le stockage d’hydrogène : initiation et effet des cycles en pression
Programme : Matériaux et Procédés pour Produits Performants  (MATETPRO) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Mathilde WEBER (Air Liquide)
Partenaires : L'AIR LIQUIDE SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGE S CLAUDE; Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique
Montant : 445739.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : La problématique du stockage de l’hydrogène est critique pour l’émergence d’une filière hydrogène énergie. A court terme, afin de répondre aux contraintes d’encombrement, de poids et d’autonomie des marchés de transition et du transport, le stockage d’hydrogène sous forme comprimée à haute pression jusqu’à 700 bar est privilégiée. Afin d’atteindre les objectifs de performance de pression, le stockage d’hydrogène est réalisé dans des réservoirs composés d’une coque en composite à fibre de carbone et d’une enveloppe interne polymère « liner ». Des observations récentes montrent cependant que le liner polymère peut se décoller et se déformer de façon permanente lors de la vidange du réservoir. L’étendue de ce décollement, également appelé « collapse du liner », dépend de la pression dans le réservoir plein, de la pression résiduelle en fin de vidange, de la vitesse de vidange et du gaz utilisé. Le liner déformé plastiquement subit de plus des contraintes mécaniques et thermiques (liés à l’échauffement du gaz au remplissage et au refroidissement du gaz à la vidange) lors de cycles en hydrogène ultérieurs. L’effet de ces cycles en pression ultérieurs sur le liner décollé n’est actuellement pas connu. Du point de vue de la sécurité, un liner décollé pourrait se fissurer sous l’effet des cycles en pression et les propriétés barrière du liner pourraient être localement affectées. La perte d’étanchéité induite pourrait avoir des conséquences dramatiques. La question de la durabilité des réservoirs par rapport aux cycles en pression en gaz constitue aujourd’hui un verrou au développement de la filière du point de vue économique, de la sécurité et de l’acceptation sociétale et réglementaire de la filière. Il apparaît nécessaire d’initier des études permettant d’une part de comprendre l’effet des cycles en pression sur la durée de vie d’un liner décollé et d’autre part d’identifier le mécanisme et les conditions de service en termes de pression et débit de vidange responsables de l’amorçage du collapse du liner. C’est l’objet du programme COLLINE proposé à l’AAP ANR MATETPRO 2013. Ce projet s’appuie sur un consortium composé de l’industriel, Air Liquide, exploitant de stockages d’hydrogène qui apporte son expérience des contraintes d’exploitation et sur les essais en gaz et d’un laboratoire académique Institut Pprime/ISAE-ENSMA reconnu pour ses compétences en mécanique expérimentale, théorique et numérique des problèmes multi-physiques (thermo-mécanique et diffuso-mécanique en particulier) et en durabilité des structures composites. 
Au cours du projet, l’effet des cycles en pression sur un liner déjà décollé sera étudié via des essais de fatigue thermo-mécanique sur des éprouvettes représentatives. L’analyse des matériaux ainsi vieillis permettra de proposer un critère d’estimation de durée de vie et/ou d’un abattement de performance consécutif aux chargements cycliques. En parallèle, des essais en hydrogène seront réalisés sur échantillons multi-matériaux assemblés liner-composite représentatifs afin d’identifier le mécanisme à l’origine du décollement du liner. Ces approches seront validées par confrontation avec des essais sur réservoir afin de développer des modèles numériques prédictifs de l’amorçage du collapse et de la tenue en fatigue d’un liner décollé. En conclusion, ce projet permettra de donner des recommandations aux industriels sur la conception des bouteilles et leurs conditions d’exploitation afin d’optimiser leur durée de vie. Des recommandations concernant les tests de qualification de futures bouteilles et les critères de retrait en service de réservoir avec un liner décollé seront également proposées.