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Cryoscope magazine d ’ AI R L I Q U IDE AD V AN C ED T E C H N O L O GIE S M a g a z i n e o f a i r l i qu i d e A d v a n c e d T e ch n olo g i e s Mai 2014 www.airliquideadvancedtechnologies.com ::: D ANS L’ACTU ::: Reportage ::: EN CHIFFRES ::: HOT NEWS ::: Report ::: IN FIGURES Des moyens d’essais uniques en Europe ! Unique test facilities in Europe! p. 1/6 Biométhane - Hélium Biomethane - Helium p. 2/3 p. 3 # 53 May 2014 ::: Technique ::: Parole d’expert ::: Technical ::: Expert Report Véhicules électriques à hydrogène Des gaz ultrapurs en électronique Fuel-cell electric vehicles Ultra-pure gases in electronics p. 4 p. 5 ::: EDITORIAL Madame, Monsieur, cher lecteur, Ladies and gentlemen, dear readers, Pour cette nouvelle édition du Cryoscope, nous avons choisi de mettre l’accent sur nos capacités d’essais en leur consacrant notre reportage. For this new edition of the Cryoscope, we chose to focus on our capacity to perform rigorous testing. Depuis la création du site de Sassenage en 1962, le centre d’essais tient une place essentielle dans ce qui constitue le cycle de l’innovation chez Air Liquide advanced Technologies. De la Recherche à la fabrication en passant par les services, les essais sont l’un des éléments clefs qui nous permettent de relever des défis techniques toujours plus audacieux. Since the creation of the Sassenage site in 1962, the test centre has held an important place in the innovation cycle at Air Liquide advanced Technologies. From research to manufacturing and services, tests are one of the key elements that enable us to meet increasingly daring technical challenges. En effet, créé à l’origine pour les besoins du spatial, notre centre d’essais est un lieu unique en Europe, véritable incubateur de technologies, dont l’activité a largement contribué à des avancées technologiques majeures, notamment le développement de l’étage cryogénique des générations successives du lanceur Ariane. Originally created for the needs of the space industry, our test centre is unique in Europe. It is a technology incubator that has made a significant contribution to major technological advances, in particular the development of the cryogenic stage of the successive generations of the Ariane launcher. Nos capacités d’essais incluent 16 zones dont certaines équipées de casemates, cinq laboratoires de test offrant de nombreuses possibilités et disposant des équipements les plus performants, mais surtout, d’une équipe d’experts dédiés et rompus aux exigences de sécurité. Ces capacités nous permettent de tester gaz, équipements et matériaux dans des domaines extrêmes de températures et de pressions à une échelle industrielle. Our test facilities include 16 zones, some equipped with bunkers and five test laboratories offering many possibilities; they have the most powerful equipment and most importantly are staffed by a team of dedicated experts, experienced in safety requirements. These capacities enable us to test gas, equipment and materials in extreme temperatures and pressures, and on an industrial scale. Aujourd’hui, si notre centre continue d’innover sur nos marchés historiques (le spatial mais aussi l’hélium liquide abondamment commenté dans ce numéro), il a mis ses moyens d’essais au service de nouveaux marchés, en l’occurrence la mobilité hydrogène. Il accueille ainsi sur sa zone l’une de nos stations hydrogène, qui nous sert, entre autres, à alimenter les deux premières voitures à pile à combustible immatriculées en France : les nôtres ! Today, as our centre continues to innovate in our historical markets (space but also liquid helium, widely covered in this issue), it also offers its test facilities to new markets, such as hydrogen mobility. Our centre accommodates one of our hydrogen stations, which is used, among other things, to supply the first two fuel-cell cars registered in France: our cars! Xavier Vigor, CEO, Air Liquide advanced Technologies Xavier Vigor, Directeur Général d’Air Liquide advanced Technologies : : : D a ns l’Ac t u H ot N e ws : : : Sa lo ns E xhibitio ns En 2014, venez à la rencontre des experts d’Air Liquide advanced Technologies et découvrez nos solutions et nos dernières innovations lors de nombreux événements internationaux. In 2014, come and meet the Air Liquide advanced Technologies experts and discover our solutions and our latest innovations at numerous international events. Où nous rencontrer dans les prochains mois ? Where to meet us in the coming months? AÉRONAUTIQUE & DÉFENSE / AERONAUTICS & DEFENSE Eurosatory 16-20 juin / june Parc des Expositions Paris Nord Villepinte, Paris, France Stand K422, Hall 6 Farnborough International Airshow 14-20 juillet / july Aéroport de Farnborough, Grande-Bretagne / Farnborough Airport, Great Britain Stand GIFAS Safe Symposium 3-5 nov. Caribe Royale Hotel, Orlando, États-Unis / United States Stand 506 SPATIAL / SPACE Space Propulsion 19-22 mai / may Maritim Hotel, Cologne, Allemagne / Germany Stand 16 IAC 29 sept.-3 oct. Metro Toronto Convention Center, Toronto, Canada Stand 529 RECHERCHE SCIENTIFIQUE / SCIENTIFIC RESEARCH ICEC/ICMC 7-11 juillet / july Campus de l’université de Twente, Enschede, Pays-Bas / University Twente campus, Enschede, Netherlands Cette liste peut être sujette à changements, consultez notre site web www.airliquideadvancedtechnologies.com pour rester informé. This list may be subject to change, check our website to catch up on the latest: www.airliquideadvancedtechnologies.com BIOGAZ / BIOGAS 18-20 mai / may Bio-energy-expo 2014 Qingdao, Chine / China 20-22 mai / may IE EXPO-IM Shanghai, Chine / China 3-5 juin / june Expo Biogaz Paris Expo, Porte de Versailles, Paris, France Stand D36 11-13 juin / june Biogas AP forum Kuala Lumpur, Malaisie / Malaysia 2-3 juillet / july UK AD & Biogas NEC Birmingham, Grande-Bretagne / Great Britain Stand G041 17-18 sept. -BIOENERGY Conference Pékin, Chine / Beijing, China HYDROGENE ÉNERGIE / HYDROGEN ENERGY 14-16 mai / may HEFC (Hydrogen Energy Fuel Cell) Shanghai, Chine / China 11-15 nov. Challenge Bibendum Chengdu, Chine / China : : : Re p or t age Re p or t : : : SPATIA L SPACE Des moyens d’essais uniques en Europe ! Unique test facilities in Europe! À la création du site Air Liquide de Sassenage en 1962, un centre d’essais a été mis en place pour tester, contrôler et qualifier des équipements pour les besoins du spatial. Les réservoirs de toutes les générations d’Ariane ont ainsi été testés par le centre. Aujourd’hui, même s’il reste principalement dédié au spatial, de nombreux autres équipements y sont testés dans différents domaines, de la cryogénie à l’aéronautique, en passant par la marine et dernièrement les nouvelles énergies. In 1962, when Air Liquide Sassenage site was created, a centre was set up to test, control and qualify equipment for the demands of space. The centre tested the fuel tanks of every generation of Ariane. Today, while the test centre remains mainly dedicated to space, many other pieces of equipment are tested there, from various fields, including cryogenics, aeronautics, the navy and lately new energies. new test benches and taking ever more precise measurements, alongside a permanent obsession with safety. Frédéric Ribas said, “We create benches at various scales, from 1/16th scale up to full size.” But it is not only a question of size: the test facilities dedicated to Ariane evolved with the performance of the cryogenic of the launcher and according to various customers’ specific technical and economic criteria. The team adapts to all specificities, which is illustrated by the Cryofénix rocket probe, built to analyse the behaviour of liquid hydrogen in microgravity. “We have the means and skills to carry out experiments on board the flight module of the rocket probe, in the real conditions of a launch timetable, on our test centre, but also… in the extreme north of Sweden, beyond the Arctic circle, at our partner Sweden Space Corporation.” 16 aires d’essais, 5 laboratoires de test, 2 casemates 16 test areas, 5 test laboratories, 2 block houses Implanté sur plus de 6 hectares à Sassenage (38), le centre d’essais d’Air Liquide advanced Technologies est utilisé pour tester et valider la qualité et la fiabilité d’équipements pour Air Liquide et pour le compte de clients industriels et scientifiques. Des essais à taille réelle Le centre compte 16 aires d’essais, qui comprennent entre autres des équipements à grande échelle, à l’image de cette enceinte historique de 4 m de diamètre sur 10 m de haut, dans laquelle le premier réservoir d’Ariane 1 a été testé en 1977. En 2011, dans le cadre du programme de démonstration technologique HX, commandité par le CNES et destiné à développer de nouvelles technologies cryogéniques pour les futurs lanceurs, un démonstrateur à l’échelle ½ des réservoirs cryogéniques d’Ariane a été conçu. Les essais sur ce démonstrateur HX ont permis de valider, dans un environnement “spatial”, pas moins de 14 technologies inédites ! Une plateforme polyvalente « Ici, nous disposons d’une plateforme polyvalente dont chaque module peut être adapté aux nouvelles expériences, confie Frédéric Ribas, responsable du centre d’essais. Depuis nos deux casemates, nous pilotons des tests très variés, des plus basiques aux plus sophistiqués : caractérisation de matériaux, calibration et développement de capteurs, études de cycles thermiques, essais cryogéniques, simulation des conditions thermiques au sol, pendant la traversée de l’atmosphère et dans l’espace, etc. » Des moyens d’essais évolutifs Les exemples ne manquent pas pour apprécier l’ampleur du travail de l’équipe dédiée, qui doit, à chaque expérience, monter des nouveaux bancs d’essais et effectuer des mesures toujours plus précises, avec l’obsession permanente de la sécurité. « Nous créons des bancs à différentes échelles, poursuit Frédéric Ribas, depuis l’échelle 1/16ème jusqu’à la taille réelle. » Mais il n’est pas seulement question de taille : les moyens d’essais dédiés à Ariane ont évolué au fil des performances des étages cryogéniques du lanceur et selon des critères techniques et économiques propres aux clients. L’équipe s’adapte à toutes les spécificités, comme l’illustre le projet lié à la fusée-sonde Cryofénix, dont l’objectif est d’analyser le comportement de l’hydrogène liquide en microgravité. « Nous avons les moyens et les compétences de réaliser des expériences à bord du module de vol de la fusée-sonde, dans les conditions réelles d’une chronologie de lancement, sur notre centre d’essais, mais aussi… à l’extrême nord de la Suède, au-delà du cercle polaire, chez notre partenaire Sweden Space Corporation. » Des tests en dehors du centre d’essais Le centre d’essais n’est pas la seule zone à accueillir des expérimentations. En témoignent les tests menés en salle blanche ISO 5(1), sur des refroidisseurs spatiaux à tubes à gaz pulsés(2). « Deux bancs inédits, capables d’effectuer des séquences d’essais complexes de manière autonome, ont été conçus, explique Thierry Wiertz, ingénieur systèmes pulse tube. Le premier, le banc TVT (Thermal Vacuum Test), peut être comparé à une mini-chambre de simulation spatiale. Pour étudier le fonctionnement des pulse tubes dans les conditions spatiales, il crée différents environnements, notamment cinq températures indépendantes, pilotées au niveau de l’électronique, du compresseur, de la partie “chaude” du pulse tube, ou des ambiances radiatives... Ce banc peut ainsi gérer en même temps les mesures issues d’une centaine de capteurs. » Le second banc d’essais mesure les microvibrations, qui pourraient être occasionnées par les pulse tubes développés dans nos ateliers. Les vibrations rendraient en effet inutilisables les observations depuis les satellites. Le banc d’essais mesure des vibrations inférieures à 50 milliNewtons, l’équivalent d’une force produite par une masse de 5 g seulement. « Au fil des 50 dernières années, les essais ont permis à Air Liquide advanced Technologies d’être un acteurclé du développement des étages cryogéniques d’Ariane. Nous comptons évidemment conserver ce rôle de premier plan dans la suite de l’aventure spatiale, tout en continuant à développer et innover dans d’autres domaines essentiels pour Air Liquide comme la cryogénie, l’aéronautique, la marine et l’hydrogène énergie pour une mobilité propre,» conclut Frédéric Ribas. ::: Contact [email protected] Une salle blanche standard ISO 5 correspond à une classe de 100 ppdm3 d’air. C’est un des standards les plus sévères en matière de propreté. (2) Les tubes à gaz pulsés rejoindront l’espace, dans quelques années, à bord de satellites d’observation et à visée météorologique. (1) An ISO 5 standard clean room corresponds to a level of 100 ppdm3 of air. It is one of the most severe standards of cleanliness. (2) In a few years, pulse tubes will travel into space on board observation and weather satellites. (1) 2 Extending across more than 6 hectares in Sassenage, the Air Liquide advanced Technologies test centre is used to test and validate the quality and the reliability of equipment for Air Liquide as well as for industrial and scientific customers. Life-size tests The centre has 16 test areas, which include among other things some very large equipment, such as an historic wall 4m in diameter and 10 m high, in which the first fuel tank for Ariane 1 was tested in 1977. In 2011, a ½ scale demonstrator of the Ariane cryogenic tanks was designed within the framework of the HX technology demonstration programme, commissioned by the CNES and intended to develop new cryogenic technologies for future launchers. Testing on the HX demonstrator made it possible to validate, in a space environment, no less than 14 new technologies! A general-purpose platform Test centre manager Frederic Ribas said, “We have a general-purpose platform where each module can be adapted to new experiments. From our two bunkers, we control a wide variety of tests, from the most basic to the most sophisticated: material characterisation, sensor calibration and development, studies of thermal cycles, cryogenic tests, simulation of thermal conditions on the ground, while crossing the atmosphere and in space, etc.” Tests beyond the test centre The test centre is not the only zone to accomodate experiments, for example there are also the tests, carried out in the ISO 5 clean room(1), on pulse tube cooling units for space(2). Pulse tube coolers system engineer Thierry Wiertz said, “We designed two new test benches, able to autonomously carry out complex sequences of tests. The first one, a TVT (Thermal Vacuum Test) bench, can be compared to a mini-space-simulation chamber. To study the operation of pulse tubes in space conditions, it creates various environments, in particular five independent temperatures, which are controlled electronically, for the compressor, for the “hot” part of the pulse tube, or of radiative environments… This bench can therefore manage simultaneous measurements from about one hundred sensors.” The second test bench measures microvibrations, which could be caused by the pulse tubes developed in our workshop. These vibrations could make satellites’ observations unusable. So the test bench measures vibrations lower than 50 milliNewtons, the equivalent of the force produced by a mass of just 5g. Frédéric Ribas said, “Over the past 50 years, testing has allowed Air Liquide advanced Technologies to be a key player in the development of the cryogenic stages for Ariane. We obviously hope to preserve this central role in the continuation of the space endeavour while continuing to develop and innovate in other essential fields for Air Liquide advanced Technologies, such as cryogenics, aeronautics, the navy and sustainable mobility through hydrogen energy.” Evolutionary test facilities There is no lack of examples of the dedicated teamwork, which accompanies each experiment, assembling ::: U n showroom pour la filière hydrogène énergie Cent kilogrammes d’hydrogène distribués au quotidien, soit 20 pleins par jour ! Des performances inégalées pour la station de test en place depuis fin 2013 sur la zone d’essais. « Cette station préfigure celles que nos équipes installeront cette année à Rotterdam (Pays-Bas), Birmingham (Grande-Bretagne), Bruxelles (Belgique) et Brême (Allemagne), » décrit Yves Lacombe, coordinateur essais. Cette station nouvelle génération est issue d’une longue série d’infrastructures testées depuis 10 ans à Sassenage. La première station hydrogène qui a rejoint la zone d’essais a subi toute une batterie de tests. Par la suite, de nombreuses stations se sont succédées sur l’aire de tests K3 dédiée à l’hydrogène énergie, comme celles utilisées lors d’événements internationaux organisés afin de faire découvrir la technologie plus largement, ou encore la 1ère station grand public allemande… Depuis 2012, l’aire K3 du centre d’essais est également devenue un showroom visité par nos partenaires impliqués dans la filière hydrogène énergie. En mars dernier, le constructeur automo 3 journées d’essais de sa voiture hydrog l’occasion desquelles une soixantaine de et tester notre station. Last March, the car manufacturer Hyund of its hydrogen car, the IX 35 Fuel Cell. A to see it and tried our station. ::: En chiffres ::: Des turbines testées sous tous les angles C’est un passage obligé : toutes les turbines des machines réfrigérantes d’Air Liquide, celles du CERN mais aussi celles de la plus grosse unité de liquéfaction du monde au Qatar, ont été validées sur le centre d’essais à Sassenage. Les turbines des réfrigérateurs destinés aux projets de fusion ITER et JT 60 passeront également les tests. « Chaque turbine conçue, fabriquée ou entretenue par Air Liquide advanced Technologies, suit un protocole d’essais sévère pour valider ses performances, insiste Bruno Renzetti, technicien expert essais. Nous disposons pour cela de moyens de tests mécaniques et cryogéniques uniques pouvant atteindre jusqu’à 300 000 tours minutes, refroidir à 8 K, mais également des moyens capables de tester toute la gamme de turbines Air Liquide d’une puissance de 200 W à 200 kW ! » Le banc d’essais, d’une hauteur de 8 m sur 3 m de diamètre, est une véritable usine… en miniature. Il compte un compresseur de 650 kW, un système d’épuration des gaz et une installation cr yogénique. « Bardé de capteurs, le banc analyse une trentaine de paramètres sur les turbines, afin de valider tous les développements : la géométrie de la roue, les paliers des machines, etc. » In figures : : : Bioga z Biogas Du biométhane pour le réseau de gaz britannique Biomethane for the UK gas network Depuis l’automne 2013, à Doncaster en Angleterre, l’épurateur de biogaz conçu et fabriqué par Air Liquide advanced Technologies pour l’entreprise britannique Future Biogas injecte du biométhane dans le réseau de gaz naturel anglais. Avec 500 Nm3 de biométhane par heure, cette unité constitue la plus importante capacité de production de gaz renouvelable raccordée au réseau de gaz britannique à ce jour. Cette production de gaz vert va encore augmenter puisque Future Biogas, convaincue par les performances de l’unité d’épuration d’Air Liquide, a conclu trois autres projets d’épuration avec Air Liquide advanced Technologies pour des démarrages prévus courant 2014. Since Autumn 2013, a biogas purifier designed and built by Air Liquide advanced Technologies for the UK company Future Biogas has been injecting biomethane into the English natural gas network in Doncaster, England. At 500 Nm3 of biomethane per hour, this unit has the largest production of renewable gas of any unit connected to the UK gas network. The environmentally-friendly gas output is set to increase in England. Future Biogas, convinced by the performance of the Air Liquide advanced Technologies purifier unit has agreed to three other purification projects with Air Liquide advanced Technologies with start-ups planned for 2014. Plus d’info sur notre offre biogaz More details on our biogaz offer 500 Nm /h 3 de biométhane / of biomethane www.airliquideadvancedtechnologies. com/fr/our-offer/biogaz.html Le banc d’essais dédié aux turbines The test bench for every turbine www.airliquideadvancedtechnologies. com/en/our-offer/biogas.html Les installations de Future Biogas à Doncaster Future Biogas’ installations in Doncaster ::: Testing turbines from every angle In a rite of passage, every turbine used in an Air Liquide advanced Technologies refrigerating module, has been validated at the testing centre in Sassenage, whether they were destined for CERN or for the largest liquefaction unit in the world in Qatar. The turbines for the refrigerators intended for the ITER and JT 60 fusion projects will also get tested. Expert technician for testing Bruno Renzetti “Each turbine designed, manufactured or maintained by Air Liquide advanced Technologies follows a strict test protocol to validate its performance. For that purpose we have unique mechanical and cryogenic tests able to reach up to 300,000 revolutions per minute and to cool to 8K, but also able to test the whole range of Air Liquide advanced Technologies turbines from 200 W to 200 kW!” The test bench, 8 m high and 3 m in diameter, is like a miniature factory. It includes a 650 kW compressor, a gas purification system and a cryogenic installation. “Loaded with sensors, the bench analyses about thirty parameters on the turbines, in order to validate all of Air Liquide advanced Technologies’ developments in each turbine: wheel geometry, turbine blades, etc.” ::: A hydrogen energy showroom obile Hyundai a organisé gène, la IX 35 Fuel Cell, à e journalistes a pu découvrir dai organised a 3-day test About sixty journalists came One hundred kilogrammes of hydrogen were distributed each day, or 20 full tanks per day! Unequalled performance for the test station in place since late 2013 at the testing centre. Test co-ordinator Yves Lacombe said, “This station precedes those which our teams will install this year in Rotterdam (Netherlands), Birmingham (UK), Brussels (Belgium) and Bremen (Germany).” This new generation station is the result of a long series of infrastructure installations that have been tested over the past 10 years at Sassenage. The first hydrogen station at the test area underwent a great many tests. Thereafter, many stations followed one another onto the K3 test area, dedicated to hydrogen energy, including those used in international events organised to promote the technology more widely and the 1st station for the general public in Germany… Since 2012, the K3 test area of the testing centre has become a showroom for visits by our partners involved in hydrogen energy. Hélium Helium Le plus grand liquéfacteur d’hélium au monde ! The largest helium liquefier in the world! 38 millions de m3 d’hélium par an : la plus grande unité de purification et liquéfaction d’hélium au monde, équipée d’un liquéfacteur conçu et fabriqué par Air Liquide advanced Technologies est désormais en service sur le site de Ras Laffan au Qatar. La moitié de cette production, soient 84 000 litres d’hélium liquide par jour, seront distribués par Air Liquide, pour de nombreuses applications, en particulier l’électronique et le médical, mais aussi la plongée, le spatial et la recherche fondamentale... « Grâce à cette nouvelle source, souligne David Grillot, expert réfrigération, notre Groupe se positionne ainsi sur le podium des trois principaux fournisseurs mondiaux d’hélium. » 38 million m3 of helium per year: the largest helium purification and liquefaction unit in the world, equipped with a liquefier designed and manufactured by Air Liquide advanced Technologies is now in service on the Ras Laffan site in Qatar. Half of this production, or 84,000 litres of liquid helium per day, will be distributed by Air Liquide for many applications, particularly electronics and the medical sector, but also diving, space and fundamental research… Refrigeration expert David Grillot said, “Thanks to this new source, our Group is positioning itself as one of the three largest world suppliers of helium.” The total output of this new unit, added to what was previously 7 000 L/h d’hélium liquéfié / of liquefied helium La capacité de production totale de cette nouvelle unité, additionnée à celle mise en place par Air Liquide en 2005, atteint 58 millions de m3 par an et font du Qatar l’un des plus gros producteurs d’hélium au monde avec 25 % de l’hélium mondial. RasGas a décidé de lancer un troisième projet de liquéfaction et forte des succès des deux premières unités de production d’hélium au Qatar, Air Liquide advanced Technologies est sur les rangs pour répondre à cet appel d’offre. Le liquéfacteur d’Air Liquide au Qatar The Air Liquide’s liquefier in Qatar installed by Air Liquide in 2005, reached 58 million m3 per year and made Qatar one of the largest helium producers in the world with 25 percent of global output. RasGas has decided to launch a third liquefaction project and following the success of the first two helium manufacturing units in Qatar, Air Liquide advanced Technologies is ready to tender for the contract. 3 : : : Te c h niq u e Te c h nic al : : : V éhicules électriq ues à h y drog ène Fuel- cell electric vehicles Vers une norme pour le remplissage des réservoirs ? Towards a standard for filling tanks? Le monde de l’énergie est en pleine mutation et l’hydrogène énergie constitue l’une des solutions pour répondre à court terme aux défis de la mobilité durable : réduction des gaz à effet de serre, de la pollution locale dans les villes et de la dépendance aux carburants pétroliers. Pour soutenir le déploiement des véhicules électriques à hydrogène (VEH), l’Europe a lancé le programme de recherche HyTransfer, dont le but est d’établir une norme de remplissage d’hydrogène dans les réservoirs. L’hydrogène énergie est une filière en émergence. Les constructeurs automobiles ont déjà annoncé la commercialisation de véhicules électriques à hydrogène dès 2015-2017. Le développement d’infrastructures de distribution d’hydrogène doit donc s’intensifier, pour un déploiement à grande échelle des VEH. Air Liquide advanced Technologies est une entreprise pionnière dans ce domaine, puisqu’elle conçoit et installe depuis des années des stations de distribution, capables de remplir le réservoir de véhicules avec de l’hydrogène en moins de 5 minutes. Réduire l’échauffement des réservoirs lors du remplissage Afin de soutenir le déploiement de l’hydrogène énergie, la Commission européenne, via l’entreprise commune « Piles à combustible et Hydrogène » FCHJU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking), a lancé depuis juin 2013 le projet HyTransfer. L’objectif est d’améliorer le protocole de remplissage et de mieux contrôler les températures du réservoir. A cause du matériau dont il est constitué, la température des parois du réservoir ne doit pas excéder 85°C. Cependant, les réglementations actuelles portent sur la température du gaz et non sur la température du réservoir. C’est pourquoi, il nous faut mieux comprendre l’échauffement créé par le transfert de l’hydrogène comprimé. Dans cette perspective, deux paramètres sont modifiés : la température du gaz avant le remplissage et la vitesse de transfert de l’hydrogène dans le réservoir. Aujourd’hui, les stations d’approvisionnement hydrogène comptent un groupe froid, qui présente un impact en termes de coûts. Le programme HyTransfer vise à améliorer cette technologie en étudiant le comportement thermique de différents réservoirs lors du transfert de l’hydrogène et ainsi maximiser la quantité d’hydrogène tout en réduisant le temps de remplissage. The energy world is changing and hydrogen energy constitutes a solution to some of the challenges of establishing sustainable mobility in the short term: reduction of greenhouse gas emissions, urban pollution and dependence on hydrocarbon fuels. To support the deployment of fuel-cell electric vehicles (FCEV), Europe launched the HyTransfer research programme, with the goal of establishing a standard for filling hydrogen tanks. Today, hydrogen filling stations include a refrigeration element, which has an impact on cost. The HyTransfer programme aims to improve this technology by studying the thermal behavior of various tanks during the transfer of hydrogen and find a way to maximise the quantity of hydrogen while reducing the filling time. a : Hond Source protocole de remplissage afin d’optimiser les gradients de températures et de valider ce modèle thermodynamique, en faisant varier divers paramètres, pour étudier ceux qui influent le plus sur le comportement des réservoirs. « Sur notre site, nous testons les différents protocoles pour optimiser les échanges thermiques, selon différents paramètres de températures, débits du gaz, points d’injection, etc., poursuit Julie Flynn. Ce, d’abord sur des réservoirs simples en matériaux composites avec différents types de revêtements, puis sur des dispositifs plus complexes, constitués de plusieurs réservoirs, de structures et de tailles différentes. » Pour ce faire, les équipes d’Air Liquide vont concevoir un banc d’essais dédié. Rédiger le protocole de remplissage À l’issue du programme, les partenaires HyTransfer rédigeront les recommandations pour le protocole de remplissage d’hydrogène, destinées à la Commission européenne et à l’industrie : « la dernière étape avant le déploiement à plus grande échelle du véhicule électrique à hydrogène », affirme Julie Flynn. Hydrogen energy is an emerging opportunity. Car manufacturers have already announced they will market fuel-cell electric vehicles from 2015-2017. The development of hydrogen distribution infrastructure must therefore accelerate, for large-scale deployment of FCEVs. Air Liquide advanced Technologies is a pioneer in this field, since it has been designing and installing hydrogen filling stations for years, each able to fill a vehicle’s hydrogen tank in less than 5 minutes. Reducing the heating of the tank during refuelling In June 2013, the Public Private Partnership FCH JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking) by the European Commission launched the HyTransfer project to support the deployment of hydrogen energy. Its aim is to improve the refuelling protocol and better control the temperature of the tank. Due to the material of the tanks, the tank wall temperature must not exceed 85°C. Today’s regulations are based on the gas temperature instead of tank wall temperature. Therefore it is a question of better understanding the heating created by the transfer of compressed hydrogen. To achieve this, two parameters are modified: cooling the gas before pumping it, and optimizing the speed at which the hydrogen is transferred to the tank. Air Liquide advanced Technologies’ missions Air Liquide is one of the partners in the HyTransfer programme, which will end in November 2015. Air Liquide advanced Technologies hydrogen stations Product Manager Julie Flynn, said, “Our role is to study the thermal behaviours during the transfer of hydrogen in the tanks, to model the thermodynamic phenomena and to try them out.” Establish and test a thermal model Air Liquide advanced Technologies, associated with Air Liquide’s Claude Delorme Research Centre, is to draw up a filling protocol in order to optimise the variations in temperatures and validate the thermodynamic model, while varying various parameters, to identify which ones influence the behaviour of the tanks the most. Julie Flynn said, “On our site, we test the various protocols to optimise heat exchange, according to various parameters of temperature, gas flow, injection points etc. At first we use tanks made of simple composite materials with various types of coating, then more complex devices, made up of several tanks, of different structures and sizes.” The Air Liquide advanced Technologies’ teams will design a dedicated test bench for this project. Writing the filling protocol At the end of the programme, the HyTransfer partners will write recommendations for the hydrogen filling protocol, intended for the European Commission and industry. Julie Flynn said, “That will be the last stage before the large-scale deployment of fuel cell electric vehicles.” ::: Contact [email protected] Les missions d’Air Liquide advanced Technologies Air Liquide est l’un des partenaires du programme HyTransfer, qui prendra fin en novembre 2015. « Notre rôle est d’étudier les comportements thermiques lors du transfert d’hydrogène dans les réservoirs, de modéliser les phénomènes thermodynamiques et de les expérimenter », confie Julie Flynn, Responsable produit station hydrogène chez Air Liquide advanced Technologies. ::: Hytransfer : les partenaires # 53 Établir et tester un modèle thermique Concrètement, Air Liquide advanced Technologies, associée au Centre de Recherche Claude Delorme d’Air Liquide, a pour mission d’établir un ::: Hytransfer: the partners Les flux de températures durant le remplissage dans un réservoir Temperatures flows during the filling inside a tank Figure Courtesy of JRC 4 : : : Parole d’exper t Exper t repor t ::: Électro niq ue Electronics Des gaz ultrapurs au cœur de l’électronique Ultra-pure gases at the heart of electronics L’activité Électronique du groupe Air Liquide consiste The electronics business of the Air Liquide group en la vente de gaz spéciaux et de gaz ultra-purs utilisés consists of selling special gases and ultra-pure pour la fabrication de semi-conducteurs, d’écrans plats gas used in the manufacture of semiconductors, et de cellules solaires. Air Liquide advanced Technologies flat screens and solar cells. Air Liquide advanced Régis Zils et Joy Chen Régis Zils and Joy Chen complète cette offre en proposant à ces fabricants des Technologies supplements this by offering electronics équipements sur mesure pour l’épuration, le contrôle et la distribution manufacturers customised equipment for the purification, control de ces gaz sur site. Interview croisée de trois acteurs clefs de and distribution of gas on site. Cryoscope interviewed three central l’électronique. figures. Que propose Air Liquide advanced Technologies dans le secteur de l’électronique ? What is Air Liquide advanced Technologies’ offer in the electronics sector? Régis Zils – Responsable Commercial Electronique d’Air Liquide advanced Technologies en France – Nous commercialisons plusieurs gammes dédiées au marché de l’ultra-haute pureté. Notre produit phare, l’ULTRAL H2, est un épurateur cryogénique utilisé pour la fabrication des semi-conducteurs et des diodes électroluminescentes LED. Il est capable de purifier jusqu’à 1 200 Nm3/h d’hydrogène gazeux à des teneurs inférieures au ppb(1). Notre grande maîtrise des gaz nous a permis de développer des solutions exclusives dont notre épurateur d’azote liquide l’ULTRAL LN2. Afin de répondre à toutes les demandes du marché des gaz ultra-purs, nous distribuons en complément de notre offre les solutions de purification de Japan Pionics Co. Ltd. Enfin, nous concevons et fabriquons des baies d’analyse sur mesure (CQC) pour le contrôle de la qualité en continu des gaz vecteurs (azote, hydrogène, oxygène, hélium, argon) en sortie d’épurateurs. Régis Zils – Electronics Sales manager for Air Liquide advanced Technologies in France – We market several ranges dedicated to the ultra-high purity market. Our flagship product, the ULTRAL H2, is a cryogenic purifier used in the manufacture of semiconductors and ligh-emitting diodes (LEDs). It is able to purify up to 1,200 Nm3/h of hydrogen gas to a level lower than ppb(1). Our great mastery of gases has enabled us to develop exclusive solutions such as our liquid nitrogen purifier ULTRAL LN2. In order to respond to all the market demand for ultra-pure gases, we distribute purification systems manufactured by Japan Pionics Co Ltd alongside our own. Finally, we design and manufacture customised monitoring installations for continuous quality control (CQC) of ongoing gas vectors (nitrogen, hydrogen, oxygen, helium, argon) in exhaust scrubbers. Philippe Bottu – Directeur général d’Air Liquide Electronics Systems en France – Du côté d’Air Liquide Electronics Systems, la capacité d’innovation de notre département R&D, unique dans le paysage “Équipements et Installations”, a permis de développer une large gamme d’équipements de distributions des fluides : plus de 600 équipements sont produits chaque année à destination du monde entier, principalement en Asie, en Europe et aux Etats-Unis, pour les marchés des semi-conducteurs, des LED, des écrans plats et du photovoltaïque. Philippe Bottu – General manager of Air Liquide Electronics Systems in France – The innovations made by Air Liquide Electronics Systems’ R&D department, which is unique in the equipment and installations segment, made it possible to develop a broad range of fluid-distributing equipment. More than 600 pieces of equipment are produced each year bound for locations throughout the world, mainly in Asia, Europe and in the United States, for the semiconductor, LED, flat screen and photovoltaic markets. Les puces semi-conductrices sont fabriquées sur des galettes (wafers) de silicium ultra-pur, fines et sphériques, servant de substrat de base. Le diamètre des plus grandes galettes en production est de 300 millimètres. Semiconductor chips are manufactured using thin and spherical high purity silicon wafers as the base substrate. The largest wafers in production are 300 millimeters wide. L’engouement pour les smartphones et autres appareils mobiles au niveau mondial renforce la demande de composants semi-conducteurs avancés. The global popularity of smartphones and other mobile devices is driving the need for advanced semiconductor components. Quelles sont les synergies entre Air Liquide Electronics Systems et Air Liquide advanced Technologies ? What are the synergies between Air Liquide Electronics Systems and Air Liquide advanced Technologies? Philippe Bottu – Les moyens d’innovation combinés d’Air Liquide advanced Technologies et d’Air Liquide Electronics Systems permettent d’avoir une approche globale, avec une forte composante technique, tout en apportant des services associés. Nous pouvons ainsi proposer une offre étendue de solutions, au plus près de nos clients, via le réseau d’Air Liquide advanced Technologies en Chine, au Japon et aux Etats-Unis. Philippe Bottu – The combined means for innovation of Air Liquide advanced Technologies and Air Liquide Electronics Systems makes it possible to provide a global solution, with a strong technical component while offering associated services. We can therefore propose a wide range of solutions, as close as possible to our customers, via the Air Liquide advanced Technologies network in China, Japan and the United States. Régis Zils – La capacité d’Air Liquide Electronics Systems à fabriquer des systèmes de distribution de gaz et de liquides ultra-purs constitue un véritable atout et permet de nouvelles synergies dans le cadre de nos projets en électronique. Air Liquide Electronics Systems intervient de plus en plus dans la réalisation de la partie électrique et automatisme de nos épurateurs cryogéniques ULTRAL et dans l’intégration de nos CQC destinés aux marchés européen et nord-américain. Régis Zils – The capacity of Air Liquide Electronics Systems to manufacture distribution systems for gas and ultra-pure liquids is a competitive advantage that allows new synergies within the framework of our projects in electronics. Air Liquid Electronics Systems steps more and more often in the creation of electric parts for, and automation of, our ULTRAL cryogenic purifiers and in the integration of CQC intended for the European and NorthAmerican markets. Quels sont vos plus importants projets ? What are your most important projects? Joy Chen – D’ici cet été, nous fournirons un CQC et 11 unités de purification dédiées à cinq gaz vecteurs : azote, hydrogène, oxygène, hélium, argon pour un fabricant chinois d’écrans plats. Les épurateurs d’azote sont les plus gros jamais construits : 12 000 m3/h ! Par ailleurs, nous avons conçu et fabriqué un CQC sur mesure pour SMIC(2) à Pékin. C’est un beau projet : ce CQC comprend 27 analyseurs permettant d’analyser un grand nombre de gaz à la fois et de détecter de nombreuses impuretés jusqu’au niveau du ppt(3) ! Joy Chen – By this summer, we will provide a CQC and 11 purification units for five carrier gases – nitrogen, hydrogen, oxygen, helium, argon – for a Chinese manufacturer of flat screens. The nitrogen purifiers are the largest ever built: 12 000 m3/h! In addition, we conceived and manufactured a customised CQC for SMIC(2) in Beijing. This is a great project: the CQC includes 27 analysers making it possible to analyse a great number of gases at the same time and to detect impurities up to the level of ppt(3)! Régis Zils – Nous avons récemment vendu des épurateurs azote en Europe, pour un centre de recherche dans la nanoélectronique (2 000 m3/h) et une Fab(4) de semi-conducteurs (300 m3/h) ainsi qu’un ensemble CQC et ULTRAL LN2 pour l’extension d’une toute nouvelle Fab aux États-Unis. Régis Zils – We recently sold nitrogen purifiers in Europe, for a nanoelectronic research centre (2,000 m3/h) and a semiconductors Fab(4) (300 m3/h), as well as a CQC and ULTRAL LN2 unit for the expansion of a brand new Fab in the United States. Philippe Bottu – Air Liquide Electronics Systems est sollicitée pour les constructions de Fabs principalement. Les gros projets à venir sont majoritairement en Chine et à Taiwan. Philippe Bottu – Air Liquide Electronics Systems is mainly sought after to assist with the constructions of Fabs. The coming large projects are mainly in China and in Taiwan. Partie par milliard. (2) Semiconductor Manufacturing International Corporation. (3) Partie par trilliard. (4) Usine de fabrication de semi-conducteurs ou de LED. (1) (1) # 53 Joy Chen – Directrice générale d’Air Liquide advanced Technologies Trading Co. Ltd en Chine – En Chine, nous proposons également l’ensemble de la gamme d’épurateurs et de CQC, soit pour les besoins du Groupe, soit en direct auprès de nos clients. Notre solution ULTRAL H2 est particulièrement adaptée à la fabrication de LED qui nécessite de hauts débits d’hydrogène ultra-pur. C’est ce qui nous a valu d’être sélectionnés par le leader chinois San’An Optoelectronics. Joy Chen – General manager for Air Liquide advanced Technologies Trading Co.,Ltd in China – In China, we also offer the whole of the range of purifiers and CQC, either for the group or directly for our customers. Our ULTRAL H2 is particularly adapted to LED manufacture, which requires high ultra-pure hydrogen flows. That is the reason why industry-leading Chinese company San’An Optoelectronics chose us. Parts per billion. (2) Semiconductor Manufacturing International Corporation. (3) Parts per trillion. (4) Semiconductor or LED manufacturing plant. ::: Contact [email protected] 5 : : : D a ns l’Ac t u M arine Innovation technologique : des vannes cryogéniques “tête en bas” pour les sousmarins N av y Innovation: “Upside down” cryogenic valves for submarines Anaerobic propulsion systems (AIP – Air Independent Propulsion) allow submarines to stay underwater for several weeks without needing to take on air. Spanish manufacturer Navantia has adopted this technology for its new submarine, under development for the Spanish navy, which will be propelled by an oxygen-fed fuel cell. However, to fill and drain the liquid oxygen tank from the interior of the submarine, Navantia needs “upside down” cryogenic valves. Products and Projects manager for the navy, Baptiste Callier, said “Normally, the cryogenic valves should not slope more than + / - 45 °, or there is a risk of leaks or a blockage if the valve is in contact with cryogenic liquid. For Navantia, our research allowed us to validate and integrate upside down valves that are equipped with bellows and special joints.” This innovative valve configuration lifts the old constraints related to the position of the valve and opens the way to more applications in the cryogenics sector, in particular for the navy, but also space and scientific research. Source : Navantia Le saviez-vous ? Les systèmes de propulsion anaérobie (AIP – Air Independent Propulsion) permettent aux sous-marins de rester plusieurs semaines en immersion, sans utiliser d’air extérieur. C’est cette technologie que le constructeur espagnol Navantia a adoptée : son sous-marin en développement pour la marine ibérique sera propulsé grâce à une pile à combustible, alimentée avec de l’oxygène. Or, pour commander le remplissage et la vidange du réservoir d’oxygène liquide depuis l’intérieur du sous-marin, Navantia doit disposer de vannes cryogéniques… tête en bas. « Normalement, les vannes cryogéniques ne doivent pas dépasser une inclinaison de + / - 45 °, sans risquer des fuites ou un blocage si la vanne est en contact avec le liquide cryogénique, note Baptiste Callier, responsable Produits et Projets pour la marine. Pour Navantia, nos recherches ont permis de valider et d’intégrer des vannes “tête en bas”, dotées de soufflets et de joints particuliers. » Cette configuration innovante des vannes permet de lever les contraintes liées à la position de la vanne et ouvre la voie à plus d’applications dans le secteur de la cryogénie, notamment de la marine, mais aussi du spatial ou de la recherche scientifique. H ot N e ws : : : Des sous-marin Navantia vont être équipés de vannes “têtes en bas” Navantia’s submarines will be equipped with “upside down” valves N ou velles énergies Un premier pas vers le déploiement d’une infrastructure hydrogène énergie en Suède ? Air Liquide advanced Technologies vient d’installer la première station de distribution d’hydrogène pour véhicules à pile à combustible de Suède dans le cadre du projet scandinave Next Move, financé par l’Union européenne et visant le déploiement de véhicules zéro émission. Cette station 700 bar est dédiée au remplissage de voitures électriques à hydrogène appartenant à la Région de Scanie et à la Ville de Malmö au sud du pays. « En étant les premiers utilisateurs des véhicules à hydrogène et des infrastructures de remplissage, la Scanie et Malmö réunissent des premiers retours d’expérience, qui contribueront à construire un modèle de déploiement dans d’autres régions suédoises, explique Benjamin Berg, responsable du développement hydrogène et biogaz pour Air Liquide en Suède. C’est ce qui se passe au Danemark et en Norvège. Le projet pourrait ainsi annoncer les débuts de l’utilisation de l’hydrogène énergie en Suède. » Pour en savoir plus : www.scandinavianhydrogen.org/nextmove/the-project Ne w energies A first step towards the deployment of hydrogen energy infrastructure in Sweden? Air Liquide advanced Technologies has just installed the first hydrogen distribution station for fuel cell vehicles in Sweden, within the framework of the Scandinavian Next Move project, financed by the European Union and aiming to deploy zero-emission vehicles. This 700-bar station is dedicated to the filling of hydrogen-electric cars belonging to the Scania region and the town of Malmö, in the south of the country. Air Liquide hydrogen and biogas business developer in Sweden, Benjamin Berg, said, “As the first users of hydrogen vehicles and refuelling infrastructure, Scania and Malmö are gathering the first feedback, which will help build a deployment model in other Swedish areas – which is what is happening in Denmark and Norway. The project could perhaps herald the beginning of the use of hydrogen energy in Sweden.” To find out more: www.scandinavianhydrogen.org/nextmove/the-project Accélérateur de particules Particle accelerator En cours au Laboratoire TRIUMF* à Vancouver, le projet ARIEL (Advanced Rare IsotopE Laboratory) a pour objectif de démontrer une nouvelle manière de générer des isotopes rares utilisés pour diagnostiquer et traiter le cancer, les maladies cardiaques, les maladies de Parkinson et d’Alzheimer. ARIEL dispose d’un accélérateur linéaire de particules nouvelle génération. Cet accélérateur est constitué d’aimants et de cavités radio-fréquences nécessaires au maintien des particules sur leur trajectoire et à leur accélération. Ces composants ne pouvant fonctionner qu’à très basse température, TRIUMF a fait appel à l’expertise d’Air Liquide advanced Technologies en cryogénie. L’accélérateur vient d’être équipé avec un système de réfrigération et liquéfaction de la gamme HELIAL. « Ce liquéfacteur d’hélium HELIAL LL, d’une capacité de plus de 300 L d’hélium liquide par heure, permet d’apporter une puissance frigorifique à 4,5K de plus de 600 watts, décrit Pablo Garcia Rodriguez, responsable du projet. La température de l’hélium liquide est ensuite abaissée à 1,8 K, pour refroidir des cavités supraconductrices à l’intérieur desquelles le champ électromagnétique généré par une source de radiofréquence est amplifié. » La forte amplitude d’onde ainsi formée permet d’accélérer les particules à 50 méga-électron volts, pour fournir des isotopes rares. Underway at TRIUMF* in Vancouver, the project ARIEL (Advanced Rare IsotopE Laboratory), is expected to demonstrate a new way to produce rare isotopes, which are used to diagnose and treat cancer, heart disease, Parkinson’s and Alzheimer’s. ARIEL features a nextgeneration linear accelerator. This accelerator consists of magnets and radio frequency cavities which are needed to keep particles on their trajectory and accelerate them. These components operate at very low temperatures, TRIUMF has involved the expertise of Air Liquide advanced Technologies in cryogenics. The accelerator has just been equipped with a refrigeration and liquefaction system from Air Liquide advanced Technologies’ HELIAL range. Project manager Pablo Garcia Rodriguez said, “The HELIAL LL helium liquefier, which has a capacity of more than 300L per hour, delivers a cold power of 4.5K at more than 600 watts. The temperature of the liquid helium is then lowered to 1,8 K, to cool superconductive cavities inside which the electromagnetic field generated by a radio frequency energy source is amplified.” The strong amplitude of the wave thus formed can accelerate the particles with 50 mega-electron volts, to provide rare isotopes intended for experiments in medicine and physics. Des équipements cryogéniques pour la recherche d’isotopes *Laboratoire national canadien pour la recherche en physique nucléaire et en physique des particules Cryogenic equipment and the search for isotopes Au laboratoire TRIUMF, Pablo Garcia Rodriguez (4e en partant de la gauche) avec l’équipe du projet At TRUIMF laboratory, Pablo Garcia Rodriguez (4th from the left) with the project team Le Cryoscope est publié par Air Liquide Advanced Technologies • BP 15 • 38360 Sassenage • Tél. : +33 (0) 4 76 43 62 11 • Fax : +33 (0) 4 76 43 62 71 • E-mail : [email protected] • Directeur de la publication : Xavier Vigor • Coordination : Dominique Lecocq, Katelyne Bräunlich • Éditeurs délégués : Publicis Activ Lyon • 22 rue Seguin, 69286 Lyon CEDEX 02 • Tél. +33 (0) 4 72 41 64 84 • Illustrations : A Axanderr, Air Liquide, Patrick Avavian, JRC, Honda, Getty Images, Thinstock photos, Navantia, Future biogas • Impression : Colorteam, Clermont-Ferrand (63) • ISSN 2107-4658 • Dépôt légal à parution • Mai 2014 * Canada’s national laboratory for particle and nuclear physics The Cryoscope is published by Air Liquide Advanced Technologies • BP 15 - 38360 Sassenage-France • Tel. : +33 (0) 4 76 43 62 11 • Fax : +33 (0) 4 76 43 62 71 • E-mail: [email protected] • Director of Publication: Xavier Vigor • Coordination: Dominique Lecocq, Katelyne Bräunlich • Delegate Publishers: Publicis Activ Lyon • 22 rue Seguin, 69286 Lyon CEDEX 02-France • Tel. +33 (0)4 72 41 64 84 • Pictures and graphics: AAxanderr, Air Liquide, Patrick Avavian, JRC, Honda, Getty Images, Thinstock photos, Navantia, Future biogas • Printing: Colorteam, Clermont-Ferrand (63)-France • ISSN 2107-4658 • Copyright deposited • May 2014 Imprimé sur papier FSC, bois provenant de forêts exploitées de manière durable. Printed on sustainably managed forests paper. 6
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