Brevet FR3129386A1 — publié le 20230526

- Réservoir à hydrogène pourvu d’un système de capture d’hydrogène gazeux. - Le réservoir (1) à hydrogène, de préférence un réservoir pour le stockage d’hydrogène liquide à basse pression en condition cryogénique, comporte au moins un système (2) de capture d’hydrogène gazeux, ce système (2) étant pourvu de charges absorbantes (5) aptes à capturer l’hydrogène gazeux, les charges absorbantes (5) étant liées à au moins une partie d’une paroi (3) du réservoir (1) et/ou à une peau agencée sur une face externe (3A) du réservoir (1) et/ou à une enveloppe externe destinée à mettre en œuvre une fonction auxiliaire, le système (2) présentant une masse réduite et étant apte à retenir et à stocker de l’hydrogène gazeux qui pourrait s’échapper dudit réservoir (1) de manière à l’empêcher de se répandre dans l’environnement dudit réservoir (1), l’hydrogène gazeux capturé pouvant être restitué postérieurement par ledit système (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Réservoir à hydrogène pourvu d’un système de capture d’hydrogène gazeux. La présente invention concerne un réservoir à hydrogène, en particulier un réservoir à hydrogène liquide, pourvu d’un système de capture d’hydrogène gazeux comprenant des charges absorbantes, ainsi qu’un procédé de restitution d’hydrogène gazeux capturé par les charges absorbantes du réservoir à hydrogène. Etat de la technique Bien que non exclusivement, la présente invention s’applique plus particulièrement à un réservoir à hydrogène liquide, et notamment à un réservoir à hydrogène liquide équipant un aéronef et en particulier un avion de transport. On sait que l’hydrogène à température et pression ambiantes se présente sous forme gazeuse. Cet état gazeux n’est pas adapté au stockage dans ce type d’application puisque, l’hydrogène étant peu dense, il implique de prévoir un très grand volume de réservoir ou une pression élevée pour pouvoir contenir une quantité importante d’hydrogène. Une solution pour remédier à ce problème consiste à stocker l’hydrogène à l’état liquide, en le maintenant à très basse température (à -253°C), dans un conteneur hermétiquement clos, l’hydrogène étant un composant particulièrement volatil. Dans le cas d’un réservoir à hydrogène liquide pour un aéronef pour lequel la masse est un facteur non négligeable, il peut être envisagé d’utiliser un matériau composite au lieu d’un métal pour réaliser la paroi du réservoir. Toutefois, dans le cadre du développement d’une structure en matériau composite stratifié pour une paroi d’un réservoir destiné au stockage d’hydrogène liquide, le risque de fuite engendré par les chargements thermomécaniques répétés qui créent de l’endommagement (fissuration transverse, solubilité matricielle), apparaît particulièrement délicat vis à vis de l’évaporation de l’hydrogène. De l’hydrogène gazeux libéré de façon incontrôlée pourrait présenter un danger pour la sécurité, en raison notamment de l’instabilité de ce gaz dans l’environnement extérieur au réservoir. Dans ce contexte, il apparaît nécessaire d’empêcher que des atomes d’hydrogène s’échappant d’un réservoir présentant des fuites ne se retrouvent dans l’atmosphère de l’aéronef, ce qui serait en effet fâcheux à la fois pour l’aéronef et pour les passagers. Il existe peu de solutions qui permettent d’atteindre cet objectif, tout en ayant une masse acceptable pour une utilisation sur un aéronef. Les solutions usuelles pour le stockage d’hydrogène terrestre reposent, généralement, sur un principe dynamique avec un système intégré dans une double enveloppe de réservoir, qui réalise une purge dynamique sous conditions de pression (incluant le vide) pour évacuer l’hydrogène vers l’extérieur. Ces solutions usuelles nécessitent une action permanente de drainage qui peut poser des problèmes de maintenance des équipements de purge, d’alimentation par une source électrique ou autre, et de fuite. Ces solutions usuelles ne sont donc pas complètement satisfaisantes pour une utilisation sur un aéronef. Il existe donc un besoin de disposer d’une solution permettant de récupérer l’hydrogène gazeux qui pourrait s’échapper d’un réservoir à hydrogène, tout en présentant une masse réduite et acceptable pour les applications envisagées. La présente invention concerne un réservoir à hydrogène, en particulier un réservoir à hydrogène liquide, notamment pour un aéronef, permettant de répondre à ce besoin. Pour ce faire, selon l’invention, le réservoir à hydrogène comporte au moins un système de capture d’hydrogène gazeux pourvu de charges absorbantes aptes à capturer de l’hydrogène gazeux. Ainsi, grâce à l’invention, on prévoit, au niveau du réservoir à hydrogène, des charges absorbantes précisées ci-dessous, qui sont aptes à absorber, c’est-à-dire à retenir et à stocker, de l’hydrogène gazeux qui pourrait s’échapper dudit réservoir de manière à l’empêcher de se répandre dans l’environnement du réservoir, par exemple dans un aéronef dans le cas d’un réservoir à hydrogène d’un aéronef. De plus, par l’utilisation de charges absorbantes, la masse du système de capture d’hydrogène gazeux est réduite du fait de la taille nanométrique associée à une faible densité, et elle est notamment acceptable pour l’application envisagée sur un aéronef. Le système de capture d’hydrogène gazeux présente également d’autres avantages précisés ci-dessous, dont la possibilité de contrôler le débit des fuites et/ou de restituer l’hydrogène gazeux capturé. Dans le cadre de la présente invention, le système de capture d’hydrogène gazeux, c’est-à-dire les charges absorbantes, peut être agencé à différents endroits par rapport au réservoir, en particulier dans une paroi du réservoir, sur le réservoir et/ou autour du réservoir, comme précisé ci-dessous. Dans un premier mode de réalisation, au moins certaines desdites charges absorbantes sont liées à au moins une partie d’une paroi du réservoir, en étant en particulier soit noyées dans la paroi, soit intégrées dans la surface externe de la paroi. De plus, dans un deuxième mode de réalisation, en variante ou en complément dudit premier mode de réalisation, au moins certaines desdites charges absorbantes sont liées à une peau (ou voile) agencée sur au moins une partie d’une face externe du réservoir. En outre, dans un troisième mode de réalisation, en variante ou en complément desdits premier et deuxième modes de réalisation, le réservoir à hydrogène comporte une enveloppe externe destinée à mettre en œuvre une fonction auxiliaire, notamment une fonction d’isolation thermique, et au moins certaines desdites charges absorbantes sont liées à au moins une partie de ladite enveloppe externe. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, le réservoir à hydrogène comporte au moins un matériau composite (pourvu de fibres et de résine), au niveau de la paroi, d’une peau et/ou d’une enveloppe externe (notamment d’isolation thermique). Dans ce mode de réalisation préféré, avantageusement : - au moins certaines desdites charges absorbantes sont intégrées dans au moins certaines des fibres du matériau composite, à savoir dans la matière des fibres ou à la surface des fibres ; et/ou - au moins certaines desdites charges absorbantes sont noyées dans la résine ; et/ou - au moins certaines desdites charges absorbantes sont déposées sur au moins une surface du matériau composite. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, pour lequel le réservoir à hydrogène comporte au moins un composite stratifié pourvu d’au moins une couche de composite formée de plis, avantageusement : - au moins certaines desdites charges absorbantes sont intégrées dans au moins une couche absorbante agencée entre deux plis successifs de la couche de composite ; et/ou - au moins certaines desdites charges absorbantes sont directement intégrées dans au moins l’un desdits plis. En outre, dans un mode de réalisation particulier, le système de capture d’hydrogène gazeux comporte des particules de polymères thermodurcissables ou thermoplastiques qui intègrent les charges absorbantes. Par ailleurs, de façon avantageuse, les charges absorbantes sont réparties uniformément. En outre, avantageusement, les charges absorbantes présentent une efficacité variable en fonction de la température, la température au niveau du réservoir à hydrogène est variable et est comprise dans une gamme de températures, et les charges absorbantes sont agencées au niveau du réservoir à des localisations où la température est telle que les charges absorbantes présentent l’efficacité la plus élevée pour ladite gamme de températures. Par ailleurs, de façon avantageuse, les charges absorbantes, qui correspondent à des constituants poreux présentant une surface spécifique élevée, sont réalisées dans au moins l’un des matériaux suivants : des éléments carbonés poreux, des charpentes organiques métalliques, des charpentes organiques covalentes. La présente invention concerne également un procédé de restitution d’hydrogène gazeux capturé par des charges absorbantes d’un réservoir à hydrogène tel que celui décrit ci-dessus. Selon l’invention, ledit procédé comprend au moins une étape de restitution consistant à amener le système de capture d’hydrogène gazeux (pourvu des charges absorbantes) du réservoir à hydrogène dans des conditions générant une libération de l’hydrogène gazeux absorbé antérieurement par lesdites charges absorbantes. Avantageusement, l’étape de restitution comprend au moins l’une des opérations suivantes, mise en œuvre au moins sur le système de capture d’hydrogène gazeux : - une opération d’augmentation de la température ; - une opération de réduction de la pression ; - une opération de diffusion d’un gaz, de préférence neutre ; - une opération conduisant à la modification de la polarité de la paroi interne de pores des charges absorbantes poreuses. Brève description des figures Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La est une vue schématique, en coupe transversale, d’un réservoir à hydrogène pourvu d’un système de capture d’hydrogène gazeux agencé dans une paroi du réservoir. La est une vue schématique, en coupe transversale, d’un réservoir à hydrogène pourvu d’un système de capture d’hydrogène gazeux agencé dans une peau recouvrant la paroi du réservoir. La est une vue similaire à celle de la dont le réservoir comprend, de plus, un système de capture d’hydrogène gazeux agencé dans une enveloppe externe d’isolation thermique. La est une vue partielle, en perspective, d’un matériau composite comprenant des charges absorbantes. La est une vue schématique, partielle et en coupe, d’un composite stratifié pourvu d’une pluralité de plis, comprenant des charges absorbantes intégrées dans l’un desdits plis. La est une vue schématique, partielle et en coupe, d’un composite stratifié pourvu d’une pluralité de plis, comprenant des couches absorbantes pourvues de charges absorbantes, qui sont agencées à chaque fois entre deux plis successifs. Réservoir à hydrogène, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un système (2) de capture d’hydrogène gazeux pourvu de charges absorbantes (5) aptes à capturer de l’hydrogène gazeux. Réservoir à hydrogène selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5) sont liées à au moins une partie d’une paroi (3) du réservoir (1). Réservoir à hydrogène selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5) sont liées à une peau (7) agencée sur au moins une partie d’une face externe (3A) du réservoir (1). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une enveloppe (8) externe destinée à mettre en œuvre une fonction auxiliaire, et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5) sont liées à au moins une partie de ladite enveloppe (8) externe. Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un matériau composite (9) pourvu de fibres (10) et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5B) sont intégrées dans au moins certaines des fibres (10) du matériau composite (9). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un matériau composite (9) pourvu de résine (11) et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5A) sont noyées dans la résine (11) du matériau composite (9). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un matériau composite (9) et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5C) sont déposées sur au moins une surface (9A) du matériau composite (9). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un composite stratifié (12) pourvu d’au moins une couche de composite (14) formée de plis (P5, P6, P7) et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5) sont intégrées dans au moins une couche absorbante (C1, C2) agencée entre deux plis successifs de la couche de composite (14). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un composite stratifié (12) pourvu d’au moins une couche de composite (13) formée de plis (P1, P2, P3, P4) et en ce qu’au moins certaines desdites charges absorbantes (5) sont intégrées dans au moins l’un desdits plis (P2). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (2) de capture d’hydrogène gazeux comporte des particules de polymères thermodurcissables ou thermoplastiques qui comprennent au moins certaines desdites charges absorbantes (5). Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les charges absorbantes (5) sont réparties uniformément. Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les charges absorbantes (5) présentent une efficacité variable en fonction de la température, en ce que la température au niveau du réservoir (1) à hydrogène est variable et est comprise dans une gamme de températures, et en ce que les charges absorbantes (5) sont agencées au niveau du réservoir (1) à des localisations où la température est telle que les charges absorbantes (5) présentent l’efficacité la plus élevée pour ladite gamme de températures. Réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les charges absorbantes (5) sont réalisées dans au moins l’un des matériaux suivants : des éléments carbonés poreux, des charpentes organiques métalliques, des charpentes organiques covalentes. Procédé de restitution d’hydrogène gazeux capturé par des charges absorbantes d’un réservoir à hydrogène selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de restitution consistant à amener le système (2) de capture d’hydrogène gazeux pourvu des charges absorbantes (5) dudit réservoir (1) à hydrogène dans des conditions générant une libération de l’hydrogène gazeux absorbé antérieurement par lesdites charges absorbantes (5). Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’étape de restitution comprend au moins l’une des opérations suivantes, mise en œuvre au moins sur le système (2) de capture d’hydrogène gazeux : - une opération d’augmentation de la température ; - une opération de réduction de la pression ; - une opération de diffusion d’un gaz ; - une opération conduisant à la modification de la polarité de la paroi interne de pores des charges absorbantes (5) poreuses.