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La batterie à circulation est une technologie de stockage électrochimique dont le principe général est décrit dans la . La batterie à circulation ou RFB (pour « Redox Flow Battery ») est capable d'emmagasiner de l'énergie électrique quand celle-ci est, par exemple, produite par des éoliennes ou des panneaux solaires, de la stocker, puis de la libérer a posteriori sur le réseau électrique. Une batterie à circulation est constituée de deux compartiments comprenant un électrolyte liquide négatif et un électrolyte liquide positif également appelés respectivement négolyte et posolyte, entre lesquels a lieu un transfert d’ions (1) à travers une membrane échangeuse d’ions (2). Chacun des compartiments contient une électrode poreuse (3). Les électrolytes liquides sont constitués a minima d’un solvant (eau ou solvant organique), d’une ou plusieurs espèces électroactives et d’un sel support permettant d’augmenter la conductivité ionique du milieu. Plus précisément, les deux électrolytes sont chacun pompés depuis un réservoir (réservoir électrolyte positif (4) et réservoir électrolyte négatif (5)) jusqu’à une cellule élémentaire (6) constituée de deux compartiments séparés par ladite membrane échangeuse d’ions (2). Cette membrane empêche les deux électrolytes de se mélanger, mais autorise le transfert d’ions de taille réduite entre les solutions pour garder la neutralité électrique. Les compartiments contiennent chacun une électrode, le plus souvent poreuse, où vont avoir lieu les réactions électrochimiques :
lors d’une charge, de l’énergie électrique est apportée à la batterie via un onduleur/chargeur (7), les espèces électroactives du négolyte se réduisent et celles du posolyte s’oxydent en s’échangeant des électrons via le circuit électrique, lors d’une décharge, les réactions inverses ont lieu en restituant l’énergie électrique et en échangeant les électrons via le circuit électrique.
Quel que soit le système, des pertes électriques ont lieu à cause des pertes ohmiques dues à la résistance électrique des différents matériaux, à la cinétique des réactions électrochimiques, à la diffusion des espèces et à l’énergie utilisée par les pompes. Aujourd’hui les meilleures batteries commerciales arrivent à atteindre des rendements énergétiques de 70 à 80%.
Les batteries à circulation, contrairement aux autres batteries solides, ont l’avantage de pouvoir décorréler leur puissance de leur capacité. En effet, leur capacité va directement être reliée au volume des électrolytes et leur puissance à la surface des cellules et à leur nombre. Ces batteries sont donc adaptées à du stockage sur des temps longs (de plusieurs heures à plusieurs jours) et pour de grandes capacités (plusieurs MWh).
Les batteries à circulation les plus connues sont à base de vanadium. La compétitivité de cette technologie est aujourd’hui limitée par la volatilité du prix du vanadium, sa toxicité et des conditions de pH très corrosives nécessaires pour assurer une bonne solubilité des espèces électroactives. Il a donc été envisagé de remplacer le vanadium par des espèces électroactives organiques. La grande variété existante de molécules et le potentiel de synthèse important permettent d’envisager des molécules peu chères à produire, sans éléments rares, éventuellement biosourcées, facilement recyclables et avec des performances électrochimiques du même ordre de grandeur, voire meilleures que les batteries au vanadium.
Les propriétés des électrolytes organiques aqueux sont intéressantes. En effet, les solvants organiques sont fortement limités en conductivité ionique, ce qui a pour conséquence de limiter la puissance de la batterie. De plus, ces solvants apportent des contraintes sécuritaires supplémentaires en particulier en termes d’inflammabilité.
Une molécule d’intérêt pour les batteries à circulation organique en milieu aqueux doit avoir les propriétés suivantes :
Un potentiel électrochimique adapté, Une cinétique rapide, Une diffusion rapide, Une solubilité élevée (avec si possible plusieurs électrons échangés par molécule), Une stabilité élevée, Une absence de diffusion à travers les membranes, Un prix de synthèse faible.
Une molécule idéale est donc un compromis entre plusieurs propriétés souvent antinomiques.
Ces propriétés sont aussi recherchées pour des molécules actives utilisées comme électrodes organiques dans les batteries au lithium. La différence est que les molécules doivent au contraire être insolubles dans des solvants organiques, ce qui revient souvent à des molécules très solubles dans l’eau.
S’il est conclu que le poids moment radial doit être ajusté, une étape 500 d’ajustement du poids moment radial de l’aube 20 est réalisé.
L’étape 500 d’ajustement comprend une première sous étape de détermination de la quantité des premier et éventuellement second matériaux à ajouter.
Puis, dans une seconde sous étape les premier et éventuellement second matériaux sont ajoutés dans la cavité d’ajustement 28. Les premier et second matériaux sont avantageusement ajoutés sous forme de poudre ou de granulés afin de faciliter la manipulation des matériaux ainsi que le remplissage de la cavité d’ajustement 28.
Cette étape est réalisée par ajout d’une quantité prédéterminée du premier matériau dans la cavité d’ajustement 28. Afin d’ajuster avec plus de précision le poids moment radial de l’aube 20 et/ou remplir la cavité d’ajustement 28, lors de l’étape 500, le second matériau peut être ajouté dans la cavité d’ajustement 28. Les premier et second matériaux peuvent être ajoutés sous la forme d’un mélange ou séparément.
Ensuite, optionnellement, dans une troisième sous étape, la cavité d’ajustement 28 est obturée. A cet effet, le bouchon est disposé dans la cavité d’ajustement 28. Le bouchon est par exemple en matériau polymérique. Il est par exemple ajouté sous forme de poudre ou sous forme liquide. Optionnellement, le matériau est soumis à un traitement thermique pour la mise en fusion du matériau lorsqu’il est sous forme de poudre. A cet effet, la première extrémité du bouclier de protection 26 est soumise à une température égale ou supérieure à la température de fusion du matériau polymérique du bouchon. Avantageusement, le matériau polymérique présente une température de polymérisation sensiblement égale à la température ambiante. Ceci permet de s’affranchir d’une étape de traitement thermique supplémentaire. La polymérisation du matériau permet de former le bouchon pour obturer la cavité d’ajustement 28. Cette sous étape peut être réalisée directement durant la sous étape précédente, notamment lorsque le bouchon est formé du second matériau.
L’étape 400 de mesure et de comparaison du poids moment radial de l’aube 20 peut être répétée après l’étape 500 afin de s’assurer que le poids moment radial de l’aube 20 après ajustement correspond à la valeur souhaitée.
Par ailleurs, la cavité d’ajustement 28 s’étend dans la portion centrale 26c du bouclier de protection 26. Ceci permet d’ajuster le poids moment radial de l’aube 20 sans impacter la qualité de collage du bouclier de protection 26 sur la pale 21. Aussi, la portion centrale 26c présente un profil sensiblement longiligne ce qui permet de facilement disposer d’une cavité d’ajustement sur toute la longueur du bouclier de protection 26 et d’en réduire son diamètre afin de préserver les propriétés mécaniques du bouclier de protection 26.
Aube mobile pour turbine de turbomachine, présentant une conception améliorant l’étanchéité des cavités inter-aubes L’invention concerne le domaine des aubes mobiles de turbine pour turbomachine, de préférence pour turbomachine d’aéronef. Elle concerne plus particulièrement les moyens mis en œuvre pour assurer l’étanchéité des cavités inter-aubes délimitées par les plateformes des aubes.
Les plateformes qui se succèdent selon la direction circonférentielle d’une roue mobile génèrent des discontinuités susceptibles de provoquer des fuites dans la veine. De telles fuites se matérialisent par la perte d’une partie du flux de gaz qui ne circule plus dans la veine, mais qui rejoint les cavités inter-aubes présentes radialement sous les plateformes, ce qui nuit aux performances de la turbine.
Pour réduire ces fuites, plusieurs solutions sont connues, comme l’utilisation de plaquettes d’étanchéité rapportées sous les plateformes au niveau de leurs jonctions entre elles, ou encore l’utilisation d’amortisseurs placés dans les cavités inter-aubes, et remplissant également la fonction d’étanchéité vis-à-vis de la veine de circulation des gaz. Une telle solution d’étanchéité est par exemple connue du document FR 2 972 759 A1.
Cependant, ce principe de pièces rapportées dans les cavités inter-aubes complexifie l’assemblage des roues mobiles de turbine.
Il subsiste par conséquent un besoin d’améliorer la conception de ces roues mobiles de turbine, de sorte à limiter les fuites du flux de gaz en dehors de la veine, tout en permettant un assemblage aisé et rapide des différents composants de ces aubes.
Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l’invention a tout d’abord pour objet une aube pour roue mobile de turbine de turbomachine, de préférence pour turbomachine d’aéronef, l’aube comprenant successivement, selon une direction de la hauteur de l’aube, un pied d’aube, une échasse, une plateforme, ainsi qu’une pale, la plateforme comprenant une première surface ainsi qu’une seconde surface opposée à la première selon la direction de la hauteur, la première surface, à partir de laquelle s’étend la pale, étant destinée à délimiter une veine de circulation des gaz, et la seconde surface, à partir de laquelle s’étend l’échasse, délimitant en partie une première et une seconde cavité agencées de part et d’autre de l’échasse selon une direction circonférentielle de l’aube, chacune des première et seconde cavités étant également délimitée en partie, selon une direction axiale de l’aube, par une première et une seconde paroi de raccordement, l’aube comprenant également un becquet amont ainsi qu’un becquet aval tous deux écartés de la plateforme selon la direction de la hauteur, la première paroi de raccordement reliant le becquet amont à une extrémité axiale amont de la plateforme, et la seconde paroi reliant le becquet aval à une extrémité axiale aval de la plateforme, la première cavité s’ouvrant au niveau d’une première ouverture circonférentielle délimitée par une première zone de jonction destinée à coopérer avec la seconde cavité d’une autre aube circonférentiellement directement consécutive de la roue mobile.
La est une représentation schématique en coupe d‘une pile selon l’invention ;
la est une représentation schématique en élévation et en coupe, d’un détail de la pile de la ; et
Comme visible sur la , une pile 1 à combustible à membrane échangeuse de protons comporte un empilement d’une pluralité de cellules 30, l’empilement étant pris en sandwich entre une première plaque de serrage 23 et une deuxième plaque de serrage 22, pour appliquer une pression de serrage prédéterminée sur l’empilement.
La pile 1 comporte une plaque d’interface 17 interposée entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11, la plaque d’interface 17 ayant une face externe en vis-à-vis de la première plaque de serrage 23 et une face interne opposée à la face externe. La plaque d’interface 17 comporte un premier orifice de distribution formé au travers de la plaque pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11.
Le premier orifice de distribution débouche par une première section au niveau de la face externe et par une deuxième section au niveau de la face interne, la première section et la deuxième section ayant des formes distinctes.
La pile 1 comporte un premier joint plat 19 interposé entre la plaque de distribution 11 et la plaque d’interface 17, la plaque de distribution 11 comportant au moins un collecteur de distribution d’un fluide formé au travers de la plaque.
La première face de collecte de courant électrique et/ou la plaque d’interface 17 comporte une lèvre annulaire ménagée autour du collecteur de distribution, de sorte à pincer le premier joint plat 19 pour assurer une étanchéité vis-à-vis du fluide.
Le premier joint plat 19 comporte au moins un deuxième orifice pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11.
la , représente une vue en coupe transversale d’un assemblage selon l’invention.
Un assemblage 1 hétéro-métallique selon l’invention est illustré sur la est obtenu par la mise en œuvre du procédé de production selon l’invention. L’assemblage 1 comporte une première pièce 2, en l’occurrence un pavillon de toit 3 d’un véhicule automobile, constituée d’un matériau à base d’aluminium. Le pavillon de toit 3 est constituée d’un matériau en alliage d’aluminium du groupe 6 et comprenant à ce titre du silicium et du magnésium. Un tel alliage d’aluminium est de préférence un alliage d’aluminium du groupe 6. De façon préférentielle, le matériau à base d’aluminium est un alliage de nuance 6016 ou 6056. Dans l’exemple illustré sur la figure, le pavillon de toit 3 présente une épaisseur comprise entre 0,9 mmm et 1,1 mm, de préférence 0,9 mm. La première pièce 2 a préférentiellement subi un traitement thermique du type T4 ou T6.
L’assemblage 1 comporte également une seconde pièce 4, en l’occurrence un côté de caisse 5 d’un véhicule automobile, en acier, illustré partiellement sur la figure. L’acier utilisé pour former le côté de caisse 5 est, par exemple, un acier du type G10/10. Le côté de caisse 5 présente de préférence une épaisseur de 0,65 mm. Comme illustré sur la figure, le côté de caisse 5 forme une marche oblique 6.
Les première 2 et deuxième 4 pièces sont assemblées entre elles par la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention et en particulier d’une étape de brasage consistant à mettre en contact direct les première 2 et deuxième 4 pièces pour créer une interface 7, et à réaliser une brasure à l’interface 7 à l’aide d’un métal d’apport à base d’aluminium. Le métal d’apport est avantageusement un fil d’alliage d’aluminium du groupe 4 et comporte du silicium. En particulier, le métal d’apport est un alliage d’aluminium de nuance 4020, 4043 ou 4047, de préférence de nuance 4020. Par exemple, le fil d’alliage d’aluminium présente un diamètre compris entre 1,2 mm et 1,6 mm, de préférence 1,2 mm. Lors de la mise en œuvre de l’étape de brasage, le fil d’alliage d’aluminium est chauffé par passage d’un courant électrique d’une intensité comprise entre 0 A et 200 A, de préférence 135 A.
L’étape de brasage met en œuvre une source laser, notamment du type YAG, comme source de chaleur pour réaliser l’étape de brasage. De façon avantageuse, la source laser présente une puissance comprise entre 2 et 3,5 kW., de préférence 2,5 kW. Avantageusement, la source de laser est conçue pour émettre au moins un laser de 1070 nm. Dans le procédé décrit ici, le laser émis est mono-spot et présente un diamètre focal compris entre 0,1 mm et 7 mm, de préférence 2,4 mm. Avantageusement, l’étape de brasage est effectuée en faisant circuler de l’air sur le métal d’apport et sur la zone éclairée par le laser à raison de 10 litres par minutes.
Enfin, l’étape de brasage est effectuée à une vitesse de l’ordre de 4 m/mn à 6 m/mn, de préférence 4,5 m/mn.
Préalablement à l’étape de brasage, les première 2 et deuxième 4 pièces sont mises en contact et le fil d’alliage d’aluminium est déposé progressivement au centre de l’interface 7 entre les première 2 et deuxième 4 pièces.
Comme illustré sur la figure, le pavillon de toit 3 présente une première partie 8 destinée à former le toit du véhicule. La première partie 8 forme un angle A1 avec un plan horizontal du véhicule qui varie de 0° à 30°. La première partie 8 est prolongée d’un rebord 9 formant un angle avec la première partie 8, de sorte que le rebord 9 et la première partie 8 forment un rayon extérieur Rext de pliure de l’ordre de 1,7mm à 4mm, illustré sur la figure. Le rebord 9 s’étend le long de la deuxième pièce 4 en formant en angle A2 de l’ordre de 12°, comme illustré sur la figure. Le rebord 9 s’étend entre la première partie 8 et une extrémité libre 10 disposée, dans l’assemblage 1 selon l’invention, à une distance D1 du côté de caisse 5 de l’ordre de 4 mm.
Ainsi, le procédé de production permet de réaliser l’assemblage 1 hétéro-métallique aluminium-acier. Le procédé permet donc de s’affranchir de la création d’un un film de revêtement. En effet, l’étape de brasage du procédé est effectuée directement sur l’interface 7 entre les deux matériaux. Le procédé selon l’invention permet donc de réaliser des assemblages 1 nouveaux permettant des gains de masses.
L’invention ne se limite pas au mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention ou au mode de réalisation de l’assemblage décrit ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais d’autres modes de réalisation peuvent être conçus par l’homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.
Dispositif télé-opéré de soudage La présente invention concerne le domaine de la maintenance des ouvrages d’art et plus particulièrement la maintenance des ponts à augets.
Classiquement, un pont à tablier en dalle orthotrope comprend un tablier métallique raidi en sa face inférieure par une série d’augets rapportés par soudage. La face supérieure du tablier reçoit un revêtement de circulation de type bitume qui accueille les véhicules et/ou piétons. Les soudures de liaison des augets au tablier et des sections d’augets entre eux présentent généralement, avec le temps et les sollicitations en fatigue cyclique, des fissures qui menacent la résistance structurelle du pont. La procédure standard de reprise des soudures, comprend généralement l’installation d’échafaudages sous le pont et la réalisation de travaux de soudure depuis ces échafaudages. Lorsque la fissure s’étend sur toute la profondeur de la soudure, il est généralement nécessaire de déposer l’auget et réaliser une soudure à pleine pénétration sur baguette céramique. De telles interventions de maintenance sont longues et couteuses, particulièrement en ce qu’elles requièrent une immobilisation partielle (réduction des flux de circulation) ou totale du pont pendant la période des travaux. Enfin, il est fréquent que la fissure dans la soudure de l’auget sur le tablier se propage dans le tablier, ce qui oblige généralement à reprendre la fissure par le dessus du tablier et ainsi déposer le revêtement de circulation. Une telle dépose prolonge la durée d’immobilisation du pont et augmente les coûts de maintenance.
L’invention a notamment pour but de réduire les couts et/ou délais de maintenance d’un pont à augets.
Elle concerne également le domaine des piles à combustible à oxydes solides à haute température, désignées habituellement par l’acronyme SOFC (pour « Solid Oxide Fuel Cells » en anglais).
Ainsi, de façon plus générale, l’invention se réfère au domaine des empilements à oxydes solides de type SOEC/SOFC fonctionnant à haute température.
Plus précisément, l’invention concerne un ensemble comprenant un empilement de cellules à oxydes solides de type SOEC/SOFC et un système de serrage comprenant au moins une plaque chauffante démontable et interchangeable, ainsi qu’un procédé de fabrication associé.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le cadre d’un électrolyseur à oxydes solides à haute température de type SOEC, il s’agit de transformer par le biais d’un courant électrique, au sein d’un même dispositif électrochimique, la vapeur d’eau (H 2 O) en dihydrogène (H 2 ) et en dioxygène (O 2 ), et/ou encore de transformer le dioxyde de carbone (CO 2 ) en monoxyde de carbone (CO) et en dioxygène (O 2 ). Dans le cadre d’une pile à combustible à oxydes solides à haute température de type SOFC, le fonctionnement est inverse pour produire un courant électrique et de la chaleur en étant alimentée en dihydrogène (H 2 ) ou d’autres combustibles tels que le méthane (CH 4 ), le gaz naturel, le biogaz, et en dioxygène (O 2 ), typiquement en air. Par souci de simplicité, la description suivante privilégie le fonctionnement d’un électrolyseur à oxydes solides à haute température de type SOEC réalisant l’électrolyse de la vapeur d’eau. Toutefois, ce fonctionnement est applicable à l’électrolyse du dioxyde de carbone (CO 2 ), voire encore de la co-électrolyse de la vapeur d’eau à haute température avec le dioxyde de carbone (CO 2 ). De plus, ce fonctionnement est transposable au cas d’une pile à combustible à oxydes solides à haute température de type SOFC.
Pour réaliser l’électrolyse de l’eau, il est avantageux de la réaliser à haute température, typiquement entre 600 et 1000°C, parce qu’il est plus avantageux d’électrolyser de la vapeur d’eau que de l’eau liquide et parce qu’une partie de l’énergie nécessaire à la réaction peut être apportée par de la chaleur, moins chère que l’électricité.
Pour mettre en œuvre l’électrolyse de la vapeur d’eau à haute température (EVHT), un électrolyseur à oxydes solides à haute température de type SOEC est constitué d’un empilement de motifs élémentaires comportant chacun une cellule d’électrolyse à oxyde solide, ou encore cellule électrochimique, constituée de trois couches anode/électrolyte/cathode superposées l’une sur l’autre, et de plaques d’interconnexion en alliages métalliques, aussi appelées plaques bipolaires ou interconnecteurs. Chaque cellule électrochimique est enserrée entre deux plaques d’interconnexion. Un électrolyseur à oxydes solides à haute température de type SOEC est alors un empilement alterné de cellules électrochimiques et d’interconnecteurs. Une pile à combustible à oxydes solides à haute température de type SOFC est constituée du même type d’empilement de motifs élémentaires. Cette technologie à haute température étant réversible, le même empilement peut fonctionner en mode électrolyse et produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir d’eau et d’électricité, ou en mode pile à combustible et produire de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène.
Chaque cellule électrochimique correspond à un assemblage électrolyte/électrodes, qui est typiquement un assemblage multicouche en céramique dont l’électrolyte est formé par une couche centrale conductrice d’ions, cette couche étant solide, dense et étanche, et enserrée entre les deux couches poreuses formant les électrodes. Il est à noter que des couches supplémentaires peuvent exister, mais qui ne servent qu’à améliorer l’une ou plusieurs des couches déjà décrites.
Les dispositifs d’interconnexion, électrique et fluidique, sont des conducteurs électroniques qui assurent, d’un point de vue électrique, la connexion de chaque cellule électrochimique de motif élémentaire dans l’empilement de motifs élémentaires, garantissant le contact électrique entre une face et la cathode d’une cellule et entre l’autre face et l’anode de la cellule suivante, et d’un point de vue fluidique, l’apport en réactifs et l’évacuation des produits pour chacune des cellules. Les interconnecteurs assurent ainsi les fonctions d’amenée et de collecte de courant électrique et délimitent des compartiments de circulation des gaz, pour la distribution et/ou la collecte.
Plus précisément, les interconnecteurs ont pour fonction principale d’assurer le passage du courant électrique mais aussi la circulation des gaz au voisinage de chaque cellule (à savoir : vapeur d’eau injectée, hydrogène et oxygène extraits pour l’électrolyse EHT ; air et combustible dont l’hydrogène injecté et eau extraite pour une pile SOFC), et de séparer les compartiments anodiques et cathodiques de deux cellules adjacentes, qui sont les compartiments de circulation des gaz du côté respectivement des anodes et des cathodes des cellules.
En particulier, pour un électrolyseur à oxydes solides à haute température de type SOEC, le compartiment cathodique comporte la vapeur d’eau et l’hydrogène, produit de la réaction électrochimique, tandis que le compartiment anodique comporte un gaz drainant, si présent, et de l’oxygène, autre produit de la réaction électrochimique. Pour une pile à combustible à oxydes solides à haute température de type SOFC, le compartiment anodique comporte le carburant, tandis que le compartiment cathodique comporte le combustible.