L’hydrogène : source d’espoir

L’hydrogène : source d’espoir

Capteurs de pression avec diaphragmes en acier inoxydable plaquées-or pour les mesures de pression de gaz spéciaux tels que l’hydrogène. 

De nombreux experts considèrent l’hydrogène comme le substitut idéal du charbon, du pétrole et du gaz naturel dans l’industrie et les transports, car il ne laisse pratiquement aucun gaz d’échappement lors de sa combustion. Cet élément polyvalent est déjà utilisé avec succès dans divers secteurs industriels.
Toutefois, la manipulation de l’hydrogène impose des exigences élevées aux composants techniques. Avec l’hydrogène, la transition énergétique s’appuie sur un nouveau pilier, en plus des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique. L’hydrogène produit à partir d’énergies renouvelables est un vecteur énergétique durable, flexible et facilement transportable. En plus des programmes de soutien actuels du gouvernement allemand, sept milliards d’euros sont investis pour que l’hydrogène s’établisse sur le marché. Deux autres milliards ont été alloués à des partenariats internationaux. L’accent est mis sur l’hydrogène dit “vert”, qui est produit exclusivement à partir d’énergies renouvelables. Seul l’hydrogène vert permet de réduire les émissions de CO2 en utilisant des sources d’énergie à faible teneur en carbone. En Europe, 9,8 millions de tonnes d’hydrogène sont actuellement produites chaque année en utilisant principalement des combustibles fossiles. La Commission européenne s’est donc fixée pour objectif de porter la production d’hydrogène vert à un million de tonnes par an d’ici 2024 et à dix millions de tonnes d’ici 2030.

Le processus de production de l’hydrogène

L’hydrogène existe dans la nature sous forme combinée et n’est pas facile à produire. Pour être utilisé en tant que gaz, la combinaison d’hydrogène et d’oxygène doit être fractionnée. Mais ce processus d’électrolyse, qui sépare chimiquement l’hydrogène et l’oxygène, nécessite beaucoup d’énergie. Si l’on utilise de l’électricité provenant de centrales solaires ou d’éoliennes, on parle d’hydrogène vert. Si elle provient de combustibles fossiles, on parle d’hydrogène gris.
L’hydrogène est déjà utilisé à grande échelle par l’industrie. Dans ce cas, cependant, il n’est pas utilisé comme vecteur énergétique, mais principalement en chimie industrielle et en pétrochimie dans le cadre de processus de production. L’hydrogène utilisé dans ces applications est principalement de l’hydrogène gris, qui est produit par des procédés d’électrolyse ou le plus souvent comme sous-produit, par exemple dans les raffineries.

Capteurs de pression pour l’hydrogène : que faut-il prendre en compte ?
Quelle que soit la manière dont l’hydrogène est produit et utilisé, la manipulation de cet élément est très exigeante en termes de solutions techniques. Avant tout, travailler avec l’hydrogène à l’état gazeux est un défi. L’hydrogène est l’élément dont la densité est la plus faible et le rayon atomique le plus petit. Il en résulte un problème fondamental dans la manipulation de ce gaz : son taux de perméation extrêmement élevé. Les matériaux métalliques sont perméables à l’hydrogène, ce qui a un effet négatif, par exemple, sur l’utilisation des capteurs de pression. Ces transducteurs sont composés d’un boîtier rempli d’huile et d’un diaphragme en acier de quelques micromètres d’épaisseur seulement. Si l’hydrogène se diffuse à travers ce diaphragme et qu’il s’accumule dans le transducteur, ce dernier sera endommagé ou même détruit à long terme. Dans le pire des cas, l’hydrogène peut même pénétrer dans l’ensemble du capteur, créant un risque d’explosion aigu.
“Même le fait de doubler l’épaisseur de la membrane conduit au mieux à un doublement du temps de diffusion”, déclare notre expert, fondateur de STS Sensor Technik AG.
“Toutefois, au contact de l’hydrogène, le revêtement en or des diaphragmes en acier inoxydable de nos transmetteurs de pression nous permet d’augmenter d’un facteur de 10 à 100 le laps de temps jusqu’à ce qu’un volume critique d’hydrogène soit atteint dans le transducteur. Par cette méthode, nous augmentons considérablement la sécurité et la durée de vie du capteur.” La raison de cet effet est la perméabilité 10’000 fois inférieure de l’or par rapport à l’acier inoxydable.

Revêtement en or de la membrane – la petite différence aux grands effets

La perméabilité de l’or est environ 10 000 fois inférieure à celle de l’acier inoxydable. Avec un revêtement en or de 1μm sur un diaphragme en acier de 50 μm, la perméation de l’hydrogène peut être réduite plus efficacement qu’en doublant l’épaisseur du diaphragme en acier à 100 μm. Dans le premier cas, le temps nécessaire pour atteindre un volume critique d’hydrogène gazeux accumulé à l’intérieur du capteur de pression peut être augmenté d’un facteur 10 à 100, dans le second cas seulement d’un facteur deux. La condition préalable à cela est un système complètement fermé et un plaquage or sans défaut.
Le transmetteur de pression piézorésistif ATM.1ST convient exactement à ces applications de mesure de pression statique et dynamique.
Ses plages de mesure sont comprises entre 0 … 50mbar et 0 … 1000 bar, les précisions vont jusqu’à 0,05%FS, l’hystérésis et la répétabilité sont meilleures que 0,01%.
Grâce à sa conception modulaire, le transmetteur de pression ATM.1ST peut être adapté individuellement à de nombreuses applications.

 

STS développe, fabrique et vend des solutions spécifiques aux applications dans le domaine de la technologie de mesure de la pression – de la fabrication jusqu’à l’étalonnage du capteur et le contrôle final du produit terminé. Ces applications vont de la construction de machines aux applications maritimes, en passant par les applications gazières, les applications médicales/pharmaceutique et les applications liées à l’hydrogène. 

CTD (conductivité, température, profondeur)

CTD (conductivité, température, profondeur)

Un CTD – acronyme de conductivité, température et profondeur – est le principal instrument utilisé pour déterminer les propriétés physiques essentielles de l’eau de mer. Il fournit aux scientifiques une représentation précise et complète de la distribution et de la variation de la température, de la salinité et de la densité de l’eau afin de comprendre comment les océans affectent la vie.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Le CTD embarqué consiste en un ensemble de petites sondes fixées à une grande rosette métallique. La rosette est enfoncée dans le fond marin par un câble et les scientifiques surveillent les propriétés de l’eau en temps réel grâce à un câble de données qui relie le CTD à un ordinateur sur le navire. Un dispositif télécommandé permet de fermer sélectivement les bouteilles d’eau pendant la remontée de l’instrument. Un CTD standard prend entre deux et cinq heures pour collecter un ensemble complet de données, selon la profondeur de l’eau. Les échantillons d’eau sont souvent prélevés à des profondeurs spécifiques afin que les scientifiques puissent connaître les propriétés physiques de la colonne d’eau à cet endroit et à ce moment précis.

Les petits capteurs CTD à faible puissance sont également utilisés dans les instruments autonomes :

Un profileur-balise effectue des mesures répétées des courants océaniques et des propriétés de l’eau de haut en bas à travers presque toute la colonne d’eau, même en eau très profonde. Les instruments de base qu’il transporte sont un CTD pour la température et la salinité et un ACM (courantomètre acoustique) pour mesurer les courants, mais d’autres instruments peuvent être ajoutés, notamment des capteurs bio-optiques et chimiques.

Les planneurs sous-marins parcourent l’océan de manière autonome, en suivant des itinéraires préprogrammés et en faisant surface de temps en temps pour transmettre les données recueillies et accepter de nouvelles commandes. Lorsqu’ils se déplacent horizontalement dans l’océan, des vessies internes contrôlent leur flottabilité, ce qui leur permet de se déplacer dans la colonne d’eau, comme les baleines et autres animaux marins.

Les flotteurs sont des robots flottants qui prennent des profils ou des séries verticales de mesures (température et salinité, par exemple) dans les océans.

Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) sont des véhicules robotisés programmables qui, selon leur conception, peuvent dériver, conduire ou glisser dans l’océan sans être contrôlés en temps réel par des opérateurs humains. Certains AUV communiquent avec les opérateurs de façon périodique ou continue par le biais de signaux satellites ou de balises acoustiques sous-marines afin de permettre un certain niveau de contrôle.

Quelles sont les plateformes nécessaires ?
Une variété d’autres accessoires et instruments peuvent être inclus dans l’ensemble CTD. Il s’agit notamment de bouteilles Niskin qui permettent de prélever des échantillons d’eau à différentes profondeurs pour en mesurer les propriétés chimiques, de profileurs de courant Doppler acoustiques (ADCP) qui mesurent la vitesse horizontale, et de capteurs d’oxygène qui mesurent les niveaux d’oxygène dissous dans l’eau.

Caractéristiques des capteurs du CTD

– Résistance à l’eau salée
– Haute précision
– Léger
– Faible consommation d’énergie
– Utilisation à des profondeurs allant jusqu’à plusieurs milliers de mètres

Commentaires :
Les petits capteurs CTD de faible puissance utilisés sur les instruments autonomes tels que les profileurs de colonne d’eau, les planeurs à jet, les flotteurs et les AUV sont plus complexes à utiliser. La principale difficulté est la nécessité d’étalonner les capteurs individuels. Cela est particulièrement vrai pour les instruments autonomes qui sont déployés pendant de longues périodes. (Les CTD des navires sont référencés par des données d’échantillons d’eau, qui ne sont généralement pas disponibles pour les déploiements d’instruments autonomes). Par conséquent, les capteurs doivent être stables pendant la période de déploiement, ou bien des hypothèses doivent être faites sur les propriétés de l’eau de mer et référencées aux données. Les propriétés de l’eau profonde sont généralement très stables, de sorte que les données des capteurs autonomes sont appariées aux propriétés historiques de l’eau en profondeur.

STS fournit des cellules de pression de haute précision pour cette application spécifique.
Plus d’informations sur ce produit personnalisé

L’hydrogène et les capteurs de pressions (cas du bio-fouling)

L’hydrogène et les capteurs de pressions (cas du bio-fouling)

L’encrassement biologique (bio-fouling)

L‘encrassement biologique ou bio-fouling est l‘accumulation de micro-organismes, plantes, algues ou animaux sur des surfaces humides, des entrées d‘eau, des canalisations, des grilles, des bassins et bien sûr les instruments de mesure. Ces dispositifs peuvent alors être dégradés et donc ne plus remplir correctement leur fonction.

L’antifouling

L‘antifouling regroupe les procédés qui permettent de prévenir ou de retirer ces accumulations :

  

Les revêtements toxiques spécifiques qui tuent les organismes responsables du bio-fouling. Cependant ils sont dorénavant majoritairement interdits pour des raisons environnementales suite à l‘application d‘une directive européenne sur les matériaux biocides.

Les revêtements spécifiques non-toxiques qui préviennent l‘accumulation des micro-organismes. Ces revêtements sont basés sur des polymères organiques et jouent sur leur faible énergie de surface et capacité à avoir de très faibles frottements.

L‘antifouling à ultrasons. Des émetteurs d‘ultrasons sont montés dans et autour de la coque de navires de petite et de moyenne tailles. Ce système est particulièrement adapté pour lutter contre la prolifération des algues.

Le décapage par irradiation par laser pulsé. Cette technologie est efficace face aux moules zébrées qui sont assommées ou tuées le temps d‘une microseconde où l‘eau est traversée par une haute tension électrique.

L’antifouling par électrolyse :

Les micro-organismes ne survivent pas dans un environnement composé d‘ions cuivre.

Les ions cuivre permettent l’électrolyse au contact d’une anode cuivre.

Dans la plupart des cas, le revêtement de la cuve sert ou la coque servent de cathode.

Une anode de cuivre peut être installée dans la configuration afin pour provoque l‘électrolyse entre l’anode et la cathode.

L’électrolyse peut donc aussi atteindre l’instrumentation des cuves de ballast qui subit alors des dégâts collatéraux : de la corrosion et une différence de potentiel électrique entre les matériaux.

Les effets de l’électrolyse sur les capteurs piézorésistifs

L’électrolyse crée des anions d’hydrogène (H+).

Du fait de leur charge positive, les ions H+ vont vers la cathode (cuve de ballast ou coque) où est installé le capteur.

La partie du capteur en contact avec les ions est aussi la plus fine : la membrane de mesure. Les ions H+ arrivent alors à s’infiltrer dans la cellule de mesure.

En même temps, la cathode émet des électrons du fait de la différence de potentiel.

L’ion H+ se lie a un électron formant ainsi du dihydrogène (H2) qui s’accumule dans la cellule de mesure.

Si cette réaction dure un certain temps, la concentration de H2 augmente dans la chambre de mesure et celle-ci se gonfle. Ainsi le capteur subit une dérive et relaie des valeurs incorrectes.

 

Rapport d’analyse

Des capteurs de pression en acier inoxydable en service pendant 2 à 3 ans dans des cuves de ballasts de navires ont été analysés et les recherches ont donné les résultats suivants:

En pratique, la formation de dépôts sur l’acier inoxydable ne peut pas être évitée. La formation d’hydrogène et sa pénétration doivent être impérativement considérées. C’est pourquoi sous de telles conditions la membrane de mesure doit être faite d’un matériau plus résistant à la corrosion comme le titane.

Aussi, de la corrosion peut apparaitre sur toutes les parties métalliques du capteur et notamment dans les interstices laissées par des joints ou une soudure incomplète. Dès qu’une infiltration a lieu, seulement certains réactifs se diffusent dans l’interstice, ce qui crée une différence de potentiel. Cette dernière additionnée aux différences de concentration mènent à une corrosion électrochimique dans l’interstice par l’hydrogène ou à ses alentours immédiats par l’oxygène. Ainsi, la membrane se doit d’être soudée et non simplement vissée avec un joint torique.

Recommandations techniques

Grâce aux résultats de ces analyses, STS Sensor Technik Sirnach AG a designé des capteurs piézorésistifs sans élastomère dont la membrane et le boîtier sont en titane. Cela afin de vous proposer le meilleur rapport qualité-prix-durabilité (plus de 10 ans) pour vos applications maritimes et la mesure des niveaux d’eau de mer.

Plus d’informations sur le produit STS qui répond à ces problématiques : le PTM.MT/N/Ex

 

Les moteurs à hydrogène à injection directe peuvent-il remplacer les moteurs turbo-diesel?

Les moteurs à hydrogène à injection directe peuvent-il remplacer les moteurs turbo-diesel?

Jadis emblématique, le moteur Diesel est aujourd’hui tombé en disgrâce et semble être parvenu au terme de son histoire. Même les grandes villes comme Paris, qui auparavant incitaient l’utilisation du diesel, demandent aux constructeurs l’arrêt de la production des moteurs Diesel d’ici à l’horizon 2025. Bien que cet échéancier semble peu probable, cela témoigne des préoccupations grandissantes des nations face aux problèmes de réchauffement climatique et de pollution atmosphérique.

Pour répondre aux réglementations de plus en plus strictes en matière d’émissions, les constructeurs étudient de nouvelles formes de propulsion, souvent inédites: du tout électrique à l’hybride, en passant par les piles à combustible à l’hydrogène; toutes les solutions sont envisagées.

Les technologies à l’hydrogène suscitent tout particulièrement l’intérêt des chercheurs du monde entier. L’hydrogène est considéré comme un carburant propre qui pourrait bien alimenter les transports de demain.

La principale différence entre l’hydrogène et les hydrocarbures classiques réside dans la grande capacité stœchiométrique de l’hydrogène, allant de 4 à 75 % en volume d’hydrogène dans l’air. Dans des conditions idéales, la vitesse de combustion de l’hydrogène peut atteindre quelques centaines de mètres par seconde. Ces caractéristiques le rendent très efficace lors de la combustion de mélanges pauvres à faibles émissions de NOx.

Quarante ans d’injection à hydrogène

L’injection à hydrogène existe depuis les années 1970 et consiste à injecter de l’hydrogène dans un moteur à combustion interne modifié. Cela permet d’obtenir une combustion plus propre, avec plus de puissance et moins d’émissions.

Les anciens systèmes à basse pression, qui sont encore utilisés de nos jours, injectaient l’hydrogène dans l’air avant de l’introduire dans la chambre de combustion. Mais étant donné que l’hydrogène brûle 10 fois plus vite que le diesel, plusieurs problèmes ont été rencontrés pour augmenter le taux de combustion. Voici les principaux problèmes:

  • Retours de gaz dans le collecteur.
  • Préallumage et/ou auto-inflammation.

Le meilleur moyen de surmonter ces problèmes consiste à installer un système d’injection directe à haute pression qui assure l’injection de carburant dans la course de compression.

 

L’optimisation du processus de combustion grâce à des mesures précises de la pression

Pour ce faire, la caractérisation de l’injection doit être fidèle aux besoins du moteur. Cela ne peut être accompli qu’en collectant les données de test concernant la température (collecteur, gaz d’échappement et liquide de refroidissement), la pression (cylindres/suralimentation, conduite de carburant et injecteurs), les turbulences dans le collecteur et la chambre de combustion, et la composition du gaz.

La formation du mélange, l’allumage et le processus de combustion, sont généralement étudiés à travers deux séries de tests. Le but du premier test est d’obtenir des informations sur la concentration et la distribution transitoires de l’hydrogène au cours du processus d’injection.

Au cours de ce test, une fluorescence induite par laser est utilisée comme technique de mesure principale pour étudier le comportement de l’hydrogène sous compression et à l’allumage. En utilisant une chambre de combustion à volume constant ayant les mêmes dimensions que le moteur Diesel (ce qui implique que le volume dans la chambre de combustion à volume constant est égal au volume dans le cylindre au point mort haut), de l’hydrogène sous pression est injecté dans l’air à travers une soupape à pointeau à commande hydraulique.

En utilisant des capteurs de pression de haute qualité, il est possible d’étudier l’effet de différentes pressions d’injection sur le processus de combustion. L’observation du comportement et du volume des gaz non brûlés permet de réduire considérablement le temps nécessaire pour optimiser le sens et la pression d’injection de différentes buses d’injecteurs.

Et en utilisant un logiciel spécifique, il est possible de déterminer le délai d’allumage, qui dépend de la température et de la concentration d’hydrogène dans l’air à une pression donnée. Il est important que les lectures de pression soient enregistrées avec précision, dans une plage de pressions allant de 10 à 30 MPa.

En outre, cette méthode permet de définir les zones dans lesquelles les jets d’injection provoquent des conditions d’auto-inflammation, ce qui est utile à la mise au point de systèmes d’injection optimisés pour la conversion d’un moteur Diesel vers l’hydrogène.

Lors de récents essais menés par un grand constructeur automobile, la version optimisée d’un moteur à injection d’hydrogène haute pression a montré une augmentation prometteuse de la puissance, une réduction de la consommation de carburant, et un taux de rendement de 42 %. Ces valeurs correspondent à celles des meilleurs moteurs turbo-diesel.

Sur la base de ces résultats, il semble que les travaux d’optimisation de la pression des systèmes à 30 MPa seraient susceptibles d’offrir une source d’énergie propre pour les transports de demain.

La fragilisation de l’acier par l’hydrogène

La fragilisation de l’acier par l’hydrogène

La cellule de mesure des capteurs de pression piézorésistifs est généralement entourée d’une membrane en acier. Dans la plupart des applications, les boîtiers de ces instruments de mesure sont également composés d’acier inoxydable. Mais si ce matériau entre en contact avec de l’hydrogène, il peut être fragilisé et se fissurer.

La fragilisation par l’hydrogène affecte l’acier, et également tous les autres métaux. C’est pourquoi l’usage du titane n’est pas plus adapté aux applications qui utilisent de l’hydrogène.

Qu’est-ce qu’on entend par fragilisation par l’hydrogène ?

Le phénomène de fragilisation par l’hydrogène fait référence à la perte de ductilité d’un matériau. La ductilité désigne la capacité d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. L’acier, selon sa composition en éléments d’alliage, peut se déformer de plus de 25 %. Les matériaux qui ne possèdent pas cette capacité sont qualifiés de « fragiles ».

Mais les matériaux ductiles peuvent également devenir fragiles ou cassants. Lorsque cette fragilisation du matériau résulte de l’absorption d’hydrogène, on parle alors de fragilisation par l’hydrogène.

La fragilisation par l’hydrogène survient lorsque l’hydrogène atomique se diffuse dans le matériau. La fragilisation par l’hydrogène est généralement issue d’une corrosion par l’hydrogène.

La corrosion par l’hydrogène, également appelée corrosion aqueuse, se produit lorsqu’un métal est en contact avec de l’eau dans un environnement à faible niveau d’oxygène. Cette réaction d’oxydo-réduction produit de l’hydrogène pur, qui a pour effet d’oxyder le métal. Le métal se dissout sous forme de solution aqueuse composée d’ions, qui provoque une dégradation uniforme du matériau.

L’hydrogène libéré par cette réaction d’oxydo-réduction se diffuse dans l’acier en raison de sa petite taille atomique (seulement 0,1 nanomètre). L’hydrogène s’insère directement dans le treillis métallique du matériau au niveau atomique. Les imperfections qui se forment ainsi dans le treillis augmentent la capacité d’absorption et donc accélèrent la corrosion. Cela provoque une fatigue chimique du matériau, ce qui peut provoquer des fissures de l’intérieur vers l’extérieur, même à faibles charges.

L’hydrogène et les capteurs de pression

En raison de sa très petite taille atomique, l’hydrogène peut pénétrer dans l’intégralité du matériau et provoquer divers effets néfastes. Les membranes métalliques des capteurs de pression piézorésistifs sont particulièrement fines (plus elles sont fines, plus le capteur est sensible et précis). Si de l’hydrogène se diffuse à travers la membrane d’un capteur (phénomène de perméation), la réaction avec le fluide de transfert entourant la cellule du capteur peut entrainer une adsorption d’hydrogène et altérer les propriétés métrologiques du pont de mesure. Parallèlement, ces dépôts peuvent également entraîner une augmentation de la pression et causer une déformation de la membrane du capteur, voire la destruction complète de la membrane.

Outre l’utilisation d’une membrane plus épaisse (mais moins précise), ce processus peut être considérablement retardé en utilisant un alliage d’or. La durée de vie de l’unité est ainsi grandement optimisée. Consultez cet article pour en apprendre davantage.

Optimisation de la durée de vie des transmetteurs de pression en contact avec l’hydrogène

Optimisation de la durée de vie des transmetteurs de pression en contact avec l’hydrogène

Les atomes d’hydrogène sont extrêmement petits. Cela leur permet de pénétrer les matériaux solides selon un processus appelé perméation. Au fil du temps, les transmetteurs de pression peuvent cesser de fonctionner en raison de ce phénomène. Néanmoins, leur durée de vie peut tout de même être optimisée.

Dans les transmetteurs de pression piézorésistifs, la puce du capteur est enveloppée dans un liquide, généralement une huile. Cette partie est à son tour recouverte d’une membrane d’acier très mince, de l’ordre de 15 à 50 µm d’épaisseur. Parce que l’hydrogène présente une dimension atomique minuscule, ce gaz peut se diffuser à travers un réseau cristallin composé de métaux (voir infographie). Petit à petit, cette pénétration du gaz conduit à un décalage du zéro et à une courbure vers l’extérieur de la membrane d’acier. Le capteur de pression devient inutilisable.

Présentation des propriétés de l’hydrogène

Infographie: malachy120///AdobeStock

Les capteurs de pression entrent en contact avec l’hydrogène dans un large éventail d’applications, que ce soit dans la surveillance des réservoirs d’hydrogène, dans les sous-marins ou dans le secteur automobile. Dans ce dernier cas en particulier, l’hydrogène est de plus en plus utilisé dans le développement de systèmes d’entraînement alternatifs. De nombreux fabricants travaillent depuis plusieurs années à la conception de modèles intégrant des piles à combustible, et certaines villes ont d’ores et déjà opté pour des bus à hydrogène dans les transports en commun. Les avantages ne sont pas négligeables, étant donné que seuls l’hydrogène et l’oxygène entrent dans le processus de combustion. Au cours d’une réaction chimique, de l’énergie est produite sous forme d’électricité, avec une production nulle de gaz d’échappement (le produit de la combustion étant de la simple vapeur d’eau). En outre, l’hydrogène, à l’inverse des combustibles fossiles, est accessible en quantités inépuisables. Le développement a déjà fait des progrès importants, et il existe maintenant des modèles qui ne consomment que trois litres d’hydrogène aux 100 kilomètres, tandis qu’il est déjà possible, dans certains cas, de couvrir des distances d’environ 700 kilomètres avec un simple plein de gaz.

Dans cette branche, des transmetteurs de pression de haute précision, capables de contrôler les réservoirs à hydrogène des véhicules, s’avèrent nécessaires. Plus spécifiquement, la pression et la température qui règnent à l’intérieur du réservoir à hydrogène du véhicule doivent être contrôlées. En effet, les pressions peuvent aller jusqu’à 700 bars, et ce sur une large plage de température. Il est bien évidemment impératif que les transmetteurs de pression utilisés assurent leur fonction avec précision pendant une durée longue. Afin d’optimiser la durée de vie des capteurs dans les applications faisant intervenir l’hydrogène, plusieurs facteurs susceptibles d’exercer une influence doivent être pris en compte :

  • Plage de pression: Le débit de gaz qui traverse la membrane du capteur est proportionnel à la racine carrée de la pression de gaz. Une pression 10 fois plus faible va multiplier la durée de vie du capteur d’environ 3 fois.
  • Température: Le débit de gaz qui traverse la membrane du capteur augmente à des températures élevées, et dépend de la constante du matériau.
  • Épaisseur de la membrane: Le débit de gaz est inversement proportionnel à l’épaisseur de la membrane. L’utilisation d’une membrane de 100 µm au lieu de 50 µm d’épaisseur va doubler la durée de vie du capteur.
  • Superficie de la membrane: Le débit de gaz est directement proportionnel à la superficie de la membrane (le carré du diamètre de la membrane). Avec une membrane de Ø 13 mm au lieu de Ø 18,5 mm, la durée de vie du capteur est doublée.

Étant donné que des fluctuations de pression et de température importantes peuvent se produire à l’intérieur des réservoirs à hydrogène des véhicules, la durée de vie des capteurs ne peut pas être influencée par ces deux facteurs. Les facteurs que sont l’épaisseur et la superficie de la membrane ne peuvent également constituer qu’une solution limitée. Bien que la durée de vie puisse être améliorée par ces deux facteurs, l’amélioration n’est cependant pas encore optimale.

Revêtement en or : La solution la plus efficace

La perméabilité de l’or est 10 000 fois plus faible que celle de l’acier inoxydable. Avec le revêtement en or (0,1 à 1 μm) d’une membrane en acier inoxydable de 50 μm, la perméation peut être réduite sensiblement plus efficacement qu’avec un doublement de l’épaisseur de la membrane à 100 µm. Dans le premier scénario, le temps que va mettre un volume critique d’hydrogène gazeux à s’accumuler à l’intérieur du capteur de pression peut être augmenté d’un facteur de 10 à 100, tandis que dans le second cas, ce facteur n’est que de deux. Le pré requis pour cela repose sur des soudures optimisées et sans espaces, ainsi que sur un revêtement le plus exempt possible de défaut.

Image 1: Exemple d’un transmetteur de pression avec revêtement en or

En raison des propriétés de l’or face à la perméabilité de l’hydrogène, STS utilise en standard des membranes d’acier inoxydable revêtu d’or.