Réservoir Hydrogène : influence des ENDOmmagements sur leur durabilité – TOLEDO

La problématique du stockage de l’hydrogène est critique pour l’émergence d’une filière hydrogène énergie. A moyen terme, afin de répondre aux contraintes d’encombrement, de poids et d’autonomie de ces marchés, le stockage d’hydrogène sous forme comprimée à haute pression jusqu’à 700 bar est privilégié. Afin d’atteindre les objectifs de performance de pression, le stockage d’hydrogène doit être réalisé dans des réservoirs en composites à fibre de carbone.

Les applications industrielles traditionnelles utilisent l’hydrogène stocké à 200 bar et transporté dans des bouteilles en acier qui ont l’inconvénient d’être lourdes mais l’avantage d’être très résistantes aux multiples chocs que ces bouteilles subissent lors de leur manutention. La tolérance aux dommages du matériau composite soumis à des impacts est aujourd’hui mal connue, ainsi que l’évolution des endommagements générés par les impacts sur le composite lorsque le réservoir est laissé en service. Du point de vue de la sécurité, la méconnaissance de la tolérance aux dommages des structures composites utilisées pour la fabrication des réservoirs hyperbares rend impossible à ce jour le dimensionnement de structures optimisées robustes et durables. En particulier, compte tenu de l’environnement d’utilisation de ces réservoirs (grand public), les réservoirs pourront être exposés à des chocs, que ce soit lors d’un accident de voiture dans le cas de l’application transport ou lors de la manutention et du transport du réservoir dans le cas des réservoirs transportables pour les marchés de transition. Dans ces conditions, il faut pouvoir garantir que le réservoir n’éclatera pas immédiatement après l’impact mais également par la suite en service.

Considérant d’une part que certaines des performances atteintes par les réservoirs sont pour certaines d’ores et déjà compatibles avec les cibles 2015 du DOE, et d’autre part les nombreuses actions déjà engagées sur l’amélioration des matériaux et des procédés, il apparaît nécessaire d’initier dès maintenant des études susceptibles d’apporter des données scientifiques sur la tolérance aux dommages des structures spécifiques aux réservoirs composites épais et de répondre aux verrous que sont encore leur coût, leur sécurité et leur durabilité. C’est l’objet du programme TOLEDO proposé à l’AAP ANR HPAC 2010.

Ce projet s’appuie sur un consortium composé d’un industriel, Air Liquide, utilisateur des stockages composites hydrogène qui apporte son expérience des contraintes logistiques et des objectifs de sécurité, du CEA qui apporte ses compétences sur la conception des réservoirs et ses capacités de tests à grande échelle, et de deux laboratoires de recherche aux connaissances et compétences complémentaires et reconnues dans le domaine de la génération des impacts, de l’analyse des endommagements et de la durabilité des structures composites (Institut P’-ENSMA, laboratoire LAMEFIP de l’ENSAM Bordeaux).

Le programme TOLEDO va donc s’attacher à développer la connaissance du comportement des réservoirs composites H2 haute pression subissant des impacts mécaniques (chocs, chutes) inhérent à leur utilisation dans la chaine logistique et lors de leur utilisation finale en identifiant le type de défauts générés préférentiellement en fonction des caractéristiques de l’impact (relation impact/défauts induits) et en évaluant précisément la criticité du dommage crée par l’impact afin de prédire la durabilité du réservoir impacté et de définir le seuil d’endommagement critique nécessitant le retrait des bouteilles de la chaine logistique. Ces travaux permettront également de définir des recommandations de conception et fabrication susceptibles d’améliorer significativement la tolérance aux dommages par impact des structures de réservoirs composites (définition de structure composite optimisées ou stratégie d’ajout de protections mécaniques).