En 2014, Le champ pétrolifère le plus récent et le plus important du Kazakhstan devait devenir un contributeur majeur à l'approvisionnement mondial. Mais dans un mois de fonctionnement, un arrêt total s'est produit. Sans avertissement, de grandes fissures sont apparues dans ses canalisations. Pour les deux prochaines années, le champ est resté inactif en raison de réparations coûteuses. La cause :la fragilisation des canalisations.

Comme des os, les oléoducs et les gazoducs souffrent de fragilité et de fissures. Maintenant, un groupe de chercheurs de l'Université du Texas à San Antonio (UTSA) et du Southwest Research Institute (SwRI) propose d'examiner comment les conditions de fragilisation par l'hydrogène se développent. Leurs recherches portent sur un alliage utilisé dans l'industrie pétrolière et gazière, mais fabriqué par fabrication additive (AM).

« Les conditions opérationnelles dans l'industrie pétrolière et gazière peuvent conduire à la fragilisation de l'hydrogène. Ce phénomène provoque la défaillance prématurée des structures suite à l'apport d'hydrogène dans le matériau. L'hydrogène une fois à l'intérieur du matériau interagit avec la microstructure de l'alliage dégradant ses performances mécaniques et entraînant sur fracture fragile sans aucun signe avant-coureur, " a déclaré le professeur adjoint Brendy Rincon Troconis du département de génie mécanique de l'UTSA.

AM a été adopté pour de nombreuses raisons dans l'usine. Avec l'utilisation de l'AM, des conceptions et des matériaux plus complexes peuvent être créés une couche à la fois. AM réduit également les frais généraux puisque les pièces peuvent être assemblées rapidement sur site, plutôt que de garder un gros inventaire coûteux.

Bien que de nombreuses industries adoptent rapidement la FA, les chercheurs craignent qu'il n'y ait pas eu suffisamment de tests sur l'impact de la fragilisation par l'hydrogène sur les performances matérielles de ce métal particulier. Les chercheurs de San Antonio se concentreront sur l'alliage nickel-718 car il peut être utilisé dans des conditions critiques où des propriétés mécaniques élevées et une résistance à la corrosion sont souhaitées.

Les recherches du professeur Rincon Troconis n'ont pas seulement un impact sur l'industrie pétrolière et gazière. De plus en plus de métaux AM sont introduits dans l'aérospatiale. Airbus Defence a testé des matériaux AM dans ses systèmes de propulsion. Space X utilise déjà des matériaux AM pour fabriquer certaines parties de la Falcon Rocket 9 et de la chambre du moteur Super Draco. DNV-GL, un fournisseur international de services de gestion des risques et d'assurance qualité, fait déjà la promotion d'une initiative visant à mettre en place des directives et des certifications sur la manière dont les pièces AM seront utilisées dans les applications offshore.

Bien que les mesures de sécurité soient essentielles, sans suffisamment de données de test pour comprendre l'effet de la fragilisation par l'hydrogène sur les performances des alliages AM, la sécurité des systèmes fabriqués par AM reste inconnue.

Le professeur Rincon Troconis et W. Fassett Hickey de la division de génie mécanique de SwRI s'efforceront de comprendre comment l'intégrité du nickel-718 AM est affectée par la fragilisation par l'hydrogène. Troconis et Hickey étudieront la fragilisation par l'hydrogène au niveau moléculaire pour voir comment l'emplacement des atomes d'hydrogène affecte l'intégrité du matériau métallique sous les hautes pressions et températures élevées typiques des environnements de forage. Ceci sera accompli dans les installations d'essai uniques de SwRI, qui permettent des essais mécaniques dans l'hydrogène gazeux jusqu'à 3, 000 PSI et 500 degrés Fahrenheit. L'UTSA utilisera son spectromètre de désorption thermique (TDS) et son microscope à balayage à sonde Kelvin (SKPFM), l'un des rares laboratoires universitaires du pays à combiner ces technologies de pointe.

L'étude de la fragilisation de l'hydrogène est rendue possible par le programme Connect, une initiative de collaboration financée conjointement entre l'UTSA et le SwRI. Les chercheurs espèrent disposer de données d'ici l'été 2020 pour mieux guider les industries sur la façon de concevoir des pièces de FA qui sont moins sensibles à la fragilisation par l'hydrogène. Actuellement, peu de laboratoires nationaux travaillent sur ce type de recherche.

"En comprenant mieux la fragilisation par l'hydrogène des matériaux AM, nous pouvons fournir des informations cruciales, avec plus de confiance, optimiser les processus de FA et de post-fabrication et prévenir la rupture fragile des systèmes futurs et actuels, tout en faisant progresser la technologie AM, qui conduiront tous à une meilleure protection de la communauté, ses actifs, et l'environnement, " dit Rincón Troconis.