L’Institut Régional des Matériaux Avancés opère en prestation un nouveau banc d’essai pour les réservoirs haute pression à hydrogène unique en France
Communiqué de presse – A Mulhouse, le 17 septembre 2024
Membre du Carnot MICA, IRMA (l’Institut Régional des Matériaux Avancés) développe depuis plusieurs années des savoir-faire qui permettent aux concepteurs et fabricants de réservoirs hautes pressions (dont les réservoir H2) d’accélérer leur R&D. IRMA s’appuie pour cela sur des expertises en propre mais également sur les briques technologiques et les experts du plateau technique ComposiTIC (Ploemeur, 56), membre Carnot ARTS de l’IRDL à l’UBS (Université de Bretagne Sud). Grâce à cette association de compétences, IRMA propose à ce jour des prestations de dimensionnement, de drapage par enroulement filamentaire ou AFP, de recyclage, d’évaluation thermomécanique d’éprouvettes et de réservoirs.
Afin de compléter son offre, IRMA opère désormais en prestation le dernier investissement réalisé par l’UBS, à savoir un banc d’essai pour réaliser des tests d’éclatements sur des réservoirs haute pression, dont des réservoirs H2 type IV. Équipé de capteurs et de caméras acoustiques, ce banc d’essai unique en France va permettre de tester la résistance des réservoirs à la pression jusqu’à l’explosion, afin d’en comprendre les causes et proposer des pistes d’amélioration. Ce banc de burst test et de cyclage répond notamment à une demande forte des secteurs automobile, aéronautique et transport de marchandises, dont les enjeux en matière de mobilité hydrogène et de transition énergétique sont considérables. Ce nouveau banc d’essai a été co-financé à hauteur de 600 000 euros par l’Université de Bretagne Sud, la Région Bretagne et Lorient Agglomération. Il a également bénéficié du soutien de fonds européens FEDER.
Lever les freins sur l’hydrogène
Selon le plan de déploiement de l’hydrogène pour la transition énergétique, le développement de la mobilité propre est l’un des principaux objectifs de la transition énergétique. En France, d’ici à 2030, l’observatoire de l’hydrogène Vig’hy prévoit un besoin industriel de 295 000 T (30% du marché) et un besoin mobilité à hauteur de 342 000 T (150 000 véhicules légers et 9000 véhicules lourds). Un enjeu colossal en matière de mobilité puisque l’hydrogène constituerait une alternative permettant notamment de réduire la pollution liée aux émissions de gaz à effet de serre.
Pour autant, l’hydrogène n’étant pas une source d’énergie directe, il doit d’abord être produit puis stocké avant d’être utilisé. Dans le cas d’un véhicule automobile, l’hydrogène est d’abord stocké puis embarqué dans un réservoir sous forme comprimée. Cependant, le poids, l’encombrement et le coût du réservoir restent pénalisants pour les équipementiers. En effet, sachant qu’un véhicule automobile doit être équipé de 2,25 réservoirs de 62 L pour disposer d’une autonomie suffisante et que le poids d’un réservoir se situe entre 30 et 45 kg, avec du gaz mis sous pression à 700 bars, l’industrie automobile et logistique doit faire face à des défis de taille pour démocratiser leur emploi en série. D’autres défis actuels concernent la maitrise des procédés ou l’adaptation des réservoirs pour des applications petites et moyennes séries (camion, chariot élévateurs, navires, etc.). Précisons enfin que les savoir-faire proposés intéressent également les conteneurs de gaz sous pression au sens large (autres gaz que le l’Hydrogène) ou les conteneurs sous-marins en dépression (conteneurs composites accomplissant des missions à très forte profondeur).
Afin de lever les freins sur ces matières alternatives et permettre à l’hydrogène de jouer un rôle majeur dans la course à la décarbonation de la mobilité, l’IRMA travaille depuis 4 ans sur une meilleure connaissance des matériaux et machines disponibles pour optimiser les réservoirs actuels de type IV. IRMA développe également avec ComposiTIC des concepts pour de nouveaux réservoirs innovants (thermoplastiques recyclables, conformables). Sa mission : aider les industriels à trouver de nouveaux matériaux composites, et tester leurs propriétés (résistance, adhésion, capacité à passer dans des machines automatisés), à mettre au point de nouveau procédés (pour les composites thermoplastiques notamment) afin d’atteindre les performances de résistance avec les meilleures associations matières-procédés. L’IRMA propose également aux fournisseurs de matières dédiées aux réservoirs sous pression d’évaluer les potentialités de leurs matières composites.
Un banc d’essai unique pour comprendre le phénomène d’éclatement
Situé dans les locaux de l’UBS à Lorient, ce banc d’essai opéré en prestation par ComposiTIC et IRMA sert non seulement à tester la résistance des réservoirs à hydrogène par le biais de mises sous pression répétées (cyclage) mais aussi à déterminer leur pression d’éclatement (burst test). Cette installation peut en effet éprouver des réservoirs de 1600 mm de longueur avec une pression interne hydraulique maximale de 2 000 bars et mesurer leurs déformations lors de la montée en pression.
Unique en France, ce banc d’essai se différencie des bancs existants par les moyens de mesure permettant de comprendre le phénomène d’éclatement. Grâce aux 120 capteurs acoustiques répartis sur toutes les faces de la chambre et à ses caméras de corrélation d’images numériques à haute résolution, il est désormais possible de déterminer avec précision la localisation des endommagements.
Frédéric FOURREAU, Directeur général chez Institut Régional des Matériaux Avancés (IRMA) : « Il est essentiel, dans le cadre de nos travaux de R&D, que nous puissions comprendre la cause de l’éclatement des réservoirs à hydrogène pour entrevoir les pistes d’amélioration des produits testés. Ce nouveau banc d’essai nous donne la possibilité d’aller plus loin dans nos investigations et d’établir des caractérisations des composites. Il nous permet d’évaluer la qualité des matériaux testés pour proposer des matières ou des procédés qui vont renforcer leurs structures. En d’autres termes, nous aidons nos clients à comprendre ce qui se passe dans leurs réservoirs, nous sommes leur « béquille R&D » et leur fournisseur de bonnes idées ! En parallèle, nous travaillons sur des outils de modélisation pour dimensionner ou redimensionner les réservoirs. Notre objectif : mettre la bonne quantité de matériaux composites au bon endroit, pour réduire les coûts de matière, le poids des réservoirs, le coût des produits et avoir le plus faible impact sur l’environnement ».
Des synergies entre l’industrie et l’université, soutenues par les collectivités
Dans l’optique d’acquérir ce nouveau banc d’essai, l’Université de Bretagne Sud a fait figure de hub de catalyse et a assuré le référencement des entreprises des secteurs de la plasturgie, métallurgie, composites, etc. ayant besoin de ce type d’équipements. Le nombre d’acteurs intéressés (10) a permis de monter un dossier pour convaincre les financeurs. Ainsi, la Région Bretagne, l’Université de Bretagne et Lorient Agglomération ont investi 350 000 euros pour l’achat du matériel. L’Université de Bretagne a également pris en charge l’installation, la sécurisation et les compléments d’investissements pour rendre le banc d’essai opérationnel, ainsi que l’aménagement des locaux et des servitudes à hauteur de de 250 000 euros. Soit un investissement total de près de 600 000 euros.
Yves GROHENS, Directeur de ComposiTIC, Université de Bretagne Sud : « La mise en place de cet équipement est le reflet des excellentes synergies et des complémentarités entre l’ensemble des acteurs sur le projet. Chacun a pu apporter son expertise et savoir-faire, mettre sa pierre à l’édifice et activer ses réseaux respectifs pour évaluer l’intérêt des donneurs d’ordre dans le secteur de l’hydrogène. L’Université de Bretagne Sud a non seulement porté les investissements de l’équipement mais elle réalise également les tests sur les réservoirs finaux. En effet, le plateau technique ComposiTIC est engagé dans le développement des réservoirs Hydrogènes de Type IV depuis la phase de validation pré-étude à partir des spécifications jusqu’aux premiers tests (burst test, cyclage) ».
Spécialiste des matériaux fonctionnels, surfaces, interfaces, et procédés associés, le Carnot MICA a de son côté accompagné le développement de l’IRMA depuis 2020 auprès des grands industriels du secteur de la mobilité. En tant que membre, l’IRMA a notamment pu s’appuyer sur le Carnot MICA pour trouver les bons partenaires industriels, faire connaître la structure et gagner en notoriété. Par ailleurs, le Carnot MICA a aidé les équipes de l’IRMA à faire du ressourcement scientifique pour répondre aux besoins des industriels tout en conservant un temps d’avance face à la concurrence.
Christian Gauthier, Directeur de l’Institut Carnot MICA : « Les demandes liées au stockage et au transport de l’hydrogène sont en hausse, tout comme celles liées au développement et à la caractérisation de matériaux permettant de produire (composants des électrolyseurs, etc.) ou de transférer (pompes) ce dernier. Certains de nos membres travaillent sur le comportement de matériaux polymères et composites à très basse température (Institut Charles Sadron), et également celui des matériaux métalliques (CRITT Matériaux Innovation). IREPA LASER développe de son côté de nouveaux alliages métalliques à très haute entropie par fabrication additive. La montée en compétences des membres du Carnot MICA au service de la transition écologique, notamment sur la thématique « hydrogène » est un vrai plus pour assurer l’accompagnement complet et opérationnel des industriels sur toute la chaîne de valeur ».
À propos du Carnot MICA
Spécialiste des matériaux fonctionnels, surfaces, interfaces, et procédés associés, le Carnot MICA accompagne les industriels dans le développement de leurs produits et services. Avec plus de 900 entreprises partenaires, MICA propose des solutions sur-mesure aux Industriels, pour le transfert de technologie sous forme de programmes R&D, prestations de services et d’expertises personnalisées. Le Carnot MICA développe également des solutions uniques pour les entreprises et l’industrie du futur. Le Carnot MICA regroupe 18 structures de recherche et de technologie en Région Grand Est. L’ensemble de ses experts en matériaux, réunis dans 9 unités de recherche et 9 centres de ressources technologiques et techniques, forment une structure d’excellence, pour une offre complète qui va de la recherche fondamentale à l’application industrielle.
À propos de l’Institut Régional des Matériaux Avancés
IRMA (Institut Régional des Matériaux Avancés) est une association loi 1901, née en 1990. Centre technique créé sur l’initiative des acteurs institutionnels et académiques de la région Bretagne et du pays de Lorient, il développe, en collaboration avec des industriels, des technologies innovantes dans les domaines des matériaux avancés qu’ils s’agissent de matériaux composites pour des usages structuraux ou des matériaux composites ou polymères à faibles impacts environnementaux. L’IRMA expérimente des techniques, met au point des procédés, produit des prototypes, caractérise des matériaux et des objets, étudie et conseille les entreprises adhérentes. L’association participe également à de nombreux projets collaboratifs regroupant académiques et industriels locaux, nationaux ou européens. Elle souscrit également des contrats de recherches avec les pôles de compétitivités et technopoles concernés par ses différents domaines d’activités. Située après les acteurs de la recherche fondamentale et de la recherche appliquée, l’IRMA est à l’interface entre les entreprises et les chercheurs, pour promouvoir des filières économiques d’excellence et d’innovation. L’IRMA s’efforce, en collaboration avec les collectivités territoriales bretonnes, de contribuer techniquement et matériellement à la création ou à la croissance et au développement d’entreprises locales. IRMA valorise et mature les briques technologiques mises au point par le plateau technique ComposiTIC et notamment celles liées aux réservoirs sous-pression.
À propos de ComposiTIC
Depuis 10 ans, le plateau technique ComposiTIC – UBS, de l’IRDL, porté par l’Université Bretagne Sud et soutenu par l’Etat, la Région Bretagne et Lorient Agglomération, membre Carnot ARTS, s’articule autour de 3 missions : la R&D, le transfert de savoir-faire, la formation. Il s’agit d’aider les PME du territoire maîtrisant les technologies traditionnelles de mise en oeuvre des composites et polymères à évoluer vers des technologies automatisées ou robotisées. Cela se traduit par des prestations réalisées pour les PME et des projets de R&D qui visent la maîtrise de l’impact, non seulement économique et environnemental mais aussi sanitaire et social notamment pour les travailleurs, du développement des structures composites. Les projets d’avenir portés par ComposiTIC se centrent autour de l’hydrogène avec la conception/fabrication de nouveaux systèmes de stockage, de la recyclabilité accrue des composites induite par l’automatisation des procédés de fabrication et finalement au soutien de la filière de propulsion décarbonée des navires impulsée par la région Bretagne et Lorient Agglomération
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