étude de reconversion d'une canalisation gaz en hydrogénoduc dans le cadre du projet transfrontalier MosaHYc
Mots-clés : Energie
Contexte : Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique et de relance économique, la France s’est positionnée en 2020 à la hauteur des enjeux avec une Stratégie nationale hydrogène la plaçant dans le peloton de tête des pays les plus avancés en Europe et dans le monde. Cette stratégie vise à déployer 6,5 GW d’électrolyse à l’horizon 2030 et éviter ainsi l’émission de 6 millions de tonnes de CO2 par an. Les axes privilégiés pour le déploiement de la Stratégie sont les suivants : i) décarboner l’industrie en faisant émerger une filière française compétitive de l’électrolyse, ii) développer une mobilité professionnelle, lourde ou intensive, à l’hydrogène renouvelable ou bas-carbone, et iii) soutenir la recherche, l’innovation et le développement de compétences afin de favoriser les usages de demain. GRTgaz s’inscrit pleinement dans cette démarche et, depuis plusieurs années maintenant, a mis en place plusieurs initiatives afin de permettre le développement du grand transport d’hydrogène et faciliter ainsi le développement de production et de consommation massives sur le territoire français. Ces initiatives incluent notamment : - Des programmes de R&D concernant les sujets d’intégrité des canalisations, la qualité de l’hydrogène, les équipements et la sécurité des installations, etc ; - Des premiers démonstrateurs et projets d’expérimentations Jupiter 1000, FenHYx ; - Des projets d’application, comme le projet MosaHYc présenté par la suite. Le projet MosaHYc (Moselle Sarre HYdrogen Conversion) a pour objet de favoriser le développement d’un écosystème territorial d’hydrogène en offrant une capacité de transport massif d’hydrogène par canalisation au cœur de l’Europe, entre la Sarre en Allemagne, l’Est Mosellan en France et la zone des « trois frontières » près de Schengen au Luxembourg. Ce réseau transfrontalier formera la colonne vertébrale d'un écosystème hydrogène qui regroupe des producteurs, des consommateurs et les transporteurs d’hydrogène déjà réunis au sein d’un Groupement d’Intérêt Economique Européen (GIEE) « Grande Region Hydrogen » : H2V, GazelEnergie, STEAG (producteurs), HDF (stockeur/producteur d’électricité), SHS (métallurgiste), Creos Deutschland, Encevo et GRTgaz (transporteurs). L’objectif de cette initiative est de développer l’économie de l’hydrogène à la maille Grande Région (www.granderegion.net) et ainsi diminuer l'empreinte carbone de ce bassin d’emplois et de vie, caractérisé par des industries lourdes à décarboner (ex : métallurgie, chimie, etc.) et une mobilité transfrontalière très soutenue. Le projet MosaHYc et son écosystème permettront d’économiser annuellement l’émission d’environ 900 000 t/an de CO2 sur les trois pays, soit la production de CO2 annuelle moyenne de 80 000 personnes. Suite à une étude d’opportunité qui a confirmé le besoin d’une infrastructure pour le développement de l’hydrogène sur ce territoire, les trois partenaires GRTgaz (France), Creos Deutschland (Allemagne) et Encevo (Luxembourg), en lien avec les acteurs économiques locaux, ont lancé le projet MosaHYc qui s'appuiera notamment sur la transformation d’un réseau de gaz naturel d’une longueur de 45 km (en France) pour transporter de l'hydrogène pur. Ce projet bénéficie, entre autres, d’une lettre de support de la région Grand-Est. La conversion de réseau de gaz naturel existant constitue un véritable défi technique que GRTgaz a décidé de relever : sécurité industrielle, référentiel techniques, réglementaires, ingénierie de projet, maintien de l’intégrité des canalisations sont autant de sujets majeurs. Par son ambition en termes de dimension (45km sur le territoire français, 70 km au total de conversion), de volume (plus de 6.000 kg H2/h, 14.500 t/an en 2026, 65.000 t/an en 2030) et de multiplicités de projets de production et de consommation dans l’écosystème, MosaHYc est une première et une vitrine technologique potentielle au niveau mondial. MosaHYc vise également à produire un modèle de projet de conversion de canalisation compétitif et réplicable notamment grâce au développement d’un référentiel d’analyse, de méthodologies et d’équipements qui permettront la capitalisation et la réplication sur le territoire français, voire à l’étranger. Ces caractéristiques impliquent de lever certains verrous et incertitudes techniques via des travaux d’études et de R&D, et en particulier : o Réussir à adapter la canalisation existante pour qu’elle puisse transporter l’hydrogène pur, cela en conciliant exigences de sécurité, performances et respects des normes réglementaires ; o Vérifier l’intégrité de l’acier des canalisations et s’assurer de la compatibilité avec de l’hydrogène dans la durée ; o Garantir la pureté de l’hydrogène et évaluer l’impact du phénomène de désorption (résidu de l’usage antérieur) et l’historique antérieur de la canalisation ; o Définir les adaptations et réhabilitations nécessaires sur l’infrastructure pour la rendre compatible avec l’hydrogène dans la durée (30 ans). En raison de ce haut niveau de technicité et de ce besoin de développer de nouvelles expertises pour répondre aux limites de l’état de l’art actuel, ce projet impliquera les compétences R&D de GRTgaz (et notamment de RICE, centre de R&D à la pointe de la recherche gazière européenne) ainsi que des partenariats avec des acteurs de recherche public. On notera à ce titre que RICE s’appuie sur un large réseau de partenaires publics et privés, comme le CNRS, le CEA, MinesParisTech… pour développer la logistique hydrogène de demain. L’ambition et l’innovation portées par ce projet lui conféreront une valeur de capitalisation pour d’autres reconversions des canalisations transportant du gaz naturel et une émergence accélérée d’écosystèmes hydrogène de mobilité et/ou industriels.
Description : Portée par GRTgaz, opérateur majeur de transport de gaz à haute pression en France, l’étude présentée ci-dessous vise à valider la faisabilité technique et financière du projet MosaHYC ainsi qu’à lever un certain nombre de verrous et points d’incertitude technique et organisationnelle. Les grands lots de l’études sont les suivants : 1. Etat des lieux et création d’un référentiel L’objectif sera ici de récolter les données connues de l’ouvrage (historique d’exploitation, environnement de la canalisation et caractéristiques de l’acier) pour les confronter aux propriétés de l’hydrogène et aux conséquences induites sur sa future exploitation (adaptation de la maintenance et de la supervision, conduite du changement et formation). Cette étude théorique permet de contribuer, grâce à un exemple concret, à définir les nouveaux standards de conception, de mise en route et d’exploitation des ouvrages hydrogène pour MosaHYc et les futures conversions d’ouvrages gaz existants. Le livrable sera un guide de savoir-faire hydrogène permettant de capitaliser les enseignements sur le passage à l’hydrogène d’ouvrage actuellement exploités en gaz naturel. Ces travaux relèvent de la RDI. 2. Etude technico-économique L’objectif sera de proposer un scénario de conversion de la canalisation basé sur des tâches type « étude générale » (analyse environnementale et administrative, recherche foncière, analyse d’intégrité et chiffrage économique) mais aussi des tâches RDI propres ou qui alimenteront les études générales : - L’étude Santé, Sécurité et Environnement, en raison de la nouveauté de l’hydrogène dans ce type de réseau qui lie plusieurs producteurs et consommateurs, impliquera de développer de nouvelles expertises pour la sécurité industrielle ; - De nouvelles typologies de postes seront à concevoir pour les sectionnements réguliers de la canalisation ainsi que les raccordements des producteurs et consommateurs dans le cadre de l’étude de conception ; - De nouveaux modes opératoires hydrogène seront à développer pour la canalisation (impliquant aussi la conception de plans de formation) dans le cadre de l’étude de mise en route et d’exploitation ; - Pour les études d’achat et logistique, des tests et études RDI devront être réalisés car de nouveaux matériels, codéveloppés avec les équipementiers, seront mis en œuvre. En particulier, l’étude de déploiement d’un revêtement intérieur de la canalisation sera envisagée afin d’évaluer son efficacité et sa mise en œuvre à grande échelle. Les livrables seront des plans de tracé qui devront tenir compte d’éventuelles déviations pour respecter les aspects règlementaires propre à l’hydrogène, une étude environnementale, une étude technique qui précisera la durée de vie de l’ouvrage et les conditions d’exploitation (débit et pression), un chiffrage, une analyse des risques et un planning tenant compte de l’ensemble des tâches RDI propre au produit hydrogène. 3. Inspection et étude pour la réhabilitation de l’ouvrage existant Il s’agit d’un lot RDI qui aura pour objectifs de déterminer la faisabilité de la conversion de la canalisation à l’hydrogène via des opérations physiques menées sur la canalisation (inspection, prélèvement, analyse, essai). Il alimentera les tâches analyse d’intégrité, étude technique et chiffrage. Il impliquera : - Le passage d’un piston géométrique permettant de vérifier la géométrie de l’ouvrage existant (déformation du tube compatible à l’hydrogène). - Les analyses/interprétations suite au passage du piston géométrique pour amener à une meilleure compréhension des enjeux techniques et financiers d’une réhabilitation et d’une adaptation hydrogène alimentant un référentiel pour cette opération et les opérations futures ; - Passage d’un piston MFL (multiéléments à capteurs basés sur l'électromagnétisme) pour analyser l’épaisseur et les éventuelles corrosions internes/externes de la canalisation. Interprétation et catégorisation des défauts vis-à-vis de l’hydrogène. - Les analyses/interprétations, tests et essais suite aux résultats d’analyse du piston MFL. Cette étude pour la réhabilitation/réparation de l’ouvrage intégrera des réparations ponctuelles et des prélèvements aléatoires sur des zones sensibles (soudure, propriétés du sol spécifiques) pour affiner le chiffrage et le scénario envisagé. Des essais en laboratoire seront réalisés (vieillissement accéléré, résistance, fatigue…)
Objectifs et résultats attendus : Les besoins auxquels doit répondre l’étude de faisabilité sont les suivants : o Identification et recensement des principaux enjeux pouvant impacter la réalisation du projet, notamment les risques humains, environnementaux et techniques amenant à la sélection d’un scénario privilégié ; o Définition et mise en œuvre d’une feuille de route RDI associée à ce projet de conversion et élaboration d’un référentiel technique sur le sujet de la conversion de canalisations de transport de gaz naturel à l’hydrogène à valeur de capitalisation pour les prochaines étapes du développement de cette activité en France ; o Définition, dans le cadre d’un projet d’application concrète et directe, du cadre réglementaire pour l’opération de conversion en lien avec les autorités compétentes ; o Identification et évaluation des risques liés à l’exploitation d’une canalisation d’hydrogène à haute pression et grand débit dans des milieux ouverts et des sites industriels ; o Affiner le budget et la planification de l’étude d’opportunité. Cette étude de faisabilité, au-delà du projet MosaHyc lui-même, nourrira l’ensemble du référentiel technique sur le sujet de la conversion des réseaux gaz, qui constitue un enjeu majeur pour le développement de l’hydrogène et le système énergétique français en général. Elle permettra de développer l’expertise, sur les plans techniques, de la sécurité, environnemental et réglementaire, de GRTgaz et de l’ensemble des parties prenantes à cette étude grâce aux travaux de R&D et de développement.
Bénéficiaire : NATRAN
Localisation : Grand Est, Grand Est, FRANCE
Début : 18/10/2021 — Durée : 12 mois
Budget total : 1002293 € — Aide ADEME : 250573.25 €
Statut : Clos