Soutenance mémoire
Le transport du gaz ou de pétrole dans des conditions économiques nécessite l’utilisation de pressions de transport élevées, et donc l’utilisation d’aciers à haute limite d’élasticité. De plus, la sécurité des installations demande une bonne ténacité pour éviter la ruine de la structure par propagation rapide de fissures.
SONATRACH, comme toute autre entreprise, cherche donc à développer tous ses secteurs d’activités sans exception. Le transport par canalisation y occupe une place prépondérante, d’où la création d’une branche d’activité appelée Transport par Canalisation (TRC). L’une des tâches de cette structure est de gérer l’acheminement des hydrocarbures à travers son réseau de transport par pipes depuis leur production jusqu’à leur livraison aux Raffineries ou aux points d’exportation. Ses principales missions consistent à:
* Fixer les quantités de production destinées à chaque point du réseau de transport
* Entretenir tous les composants du réseau (canalisations, bacs de stockage, pompes…) .
Cependant, divers problèmes viennent perturber ces tâches quotidiennes, ayant une incidence négative sur le fonctionnement du réseau et sur le plan de distribution. Les causes majeures sont liées soit à des problèmes techniques survenant à divers points du réseau, soit notamment à l’événement de consignation.
L’industrie du Transport des hydrocarbures et la présence des défauts
Nous présentons dans une première partie de ce chapitre un introductif sur les méthodes traditionnellement utilisées pour l’évaluation de la nocivité des défauts dans l’industrie du transport des hydrocarbures. Toutefois, ces méthodes ne s’appliquent pas avec une précision suffisante aux aciers pour gazoducs à haute limite d’élasticité comme exemple l’acier X100. Dans un second temps, la fabrication des tubes soudés longitudinalement est présente. La mise en forme de tube à partir des tôles provoque une pré-déformation de quelques pour cent. L’effet de cette pré-déformation sur les propriétés mécaniques de déformation et de rupture des Aciers est ensuite abordé.
Contexte industriel
Les sites de production de gaz sont souvent très éloignés des centres de consommation. Le gaz est alors acheminé à l’aide de canalisations sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres. Pour Augmenter la rentabilité d’un gazoduc, il est intéressant d’utiliser des structures de diamètre plus grand et de transporter le gaz sous une pression élevée.
Un gazoduc est une structure dont l’intégrité doit être garantie. En particulier, pour éviter tout amorçage de rupture, le dimensionnement de la structure est effectué pour travailler dans le domaine élastique avec un coefficient de sécurité adéquat, ce qui autorise une taille critique de défaut. De plus, la température de transition ductile-fragile de l’acier est choisie de façon a empêché une rupture fragile du tube. Cependant, la probabilité d’amorçage n’est jamais nulle.
Des statistiques établies par l’European Gas Pipeline Incident Group [EGIG, 2002] [2] recense, en effet, 1060 cas de rupture en service entre 1970 et 2001. 50% de ces ruptures sont causées par des « agressions extérieures ». Les autres causes d’incidents notables sont: la présence de défauts dans le matériaux (17%), la corrosion (15%), ou encore les mouvements de sol (7%). Pour atteindre un niveau de sécurité plus grand, il est nécessaire de comprendre sous quelles conditions une fissure amorce dans un pipeline peut s’arrêter rapidement. Pour cela, les spécifications requises pour les aciers de gazoducs prévoient un niveau de résilience suffisant dans les conditions de service.
Décompression du gaz
Le gaz s’échappe par l’ouverture créée dans la paroi du tube par la fissure. Une onde de décompression commence alors a se propager dans le tube a une vitesse de l’ordre de 300 a 400m/s. Le rapport entre la vitesse de l’onde de décompression et celle de la fissure joue un rôle majeur sur la dynamique de propagation. En effet, si la fissure se propage plus vite que l’onde de décompression, la pointe de fissure est toujours chargée par la pression initiale P0. Si, au contraire, la vitesse de fissuration est inferieure, la fissure est progressivement de moins en moins chargée, et s’arrête naturellement. La décompression du fluide est étudiée expérimentalement à l’aide d’expériences d’expansion des tubes à choc. Le tube est bouché par un disque de rupture et instrumentée par des capteurs de pression dynamiques le long du tube.
Déformation du tube
Sous l’effet de la pression du gaz sur les parois du tube ouvert, celui-ci se déforme. La section du tube passe d’une géométrie en « O » à une forme en « U » et puis reste inchangée. Cette ouverture du tube n’est pas à négliger car elle participe au chargement de la pointe de fissure. Ce phénomène explique les différences entre les essais réalisés avec des tubes à l’air libre et des tubes enterrées. Ce dernier cas limite la déformation de la coque, et favorise ainsi l’arrêt de la fissure.
Comportement en pointe de fissure
le comportement de la fissure en cours de propagation de l’acier X100, sous un chargement donnée, et plus particulièrement dans le domaine ductile. Ce mode de rupture est le plus important pour la tenue en service d’un pipeline.
Fabrication de tubes soudes longitudinalement
Les tubes de grand diamètre soudes longitudinalement sont essentiellement utilisés pour le transport du pétrole et du gaz. Ils sont fabriqués par des tuberies comme Europipe par le procédé « UOE » (Fig. I.4). La fabrication de ces tubes comporte trois étapes: formage, soudage et expansion et calibrage. De plus, la première étape est divisée en trois sous étapes: croquage, formage en U et formage en O.
Formage: Le formage des gros tubes soudes longitudinalement s’effectue a partir de tôles dont la largeur est voisine du périmètre du tube fabriqué et l’épaisseur égale à celle du tube. La mise en forme de la tôle est réalisée de façon unitaire par croquage des rives (C-forming en anglais, Fig. I.4) et formage à la presse (Fig. I.5a,b). Plus précisément, la tôle est cisaillée à largeur et chanfreinée. Les rives sont croquées au rayon du tube, soit à la presse, soit par des galets. La tôle est ensuite formée en « U » et « O » par des presses extrêmement puissantes (2000 à 20000 tonnes).
Calibrage: Dans le but d’obtenir des tubes de section parfaitement circulaire, ceux-ci sont soumis a une expansion mécanique qui leur fait subir une augmentation de diamètre de 1 à 1.5% [GDF, 1985] [8]. Cette troisième étape permet également de corriger l’inflexion longitudinale due au soudage.
Le principe du calibrage est très simple: la machine d’expansion est équipée d’un expanseur mécanique dont la forme extérieure est circulaire. Il peut se déplacer radialement, donc tirer le tube suivant la direction circonférentielle et la section du tube devient circulaire . La tète de la machine d’expansion est assemblée à une longue poutre qui peut se déplacer suivant la direction longitudinale. Un vérin hydraulique est utilisé pour maintenir la parfaite rectitude du tube. Comme le tube est très long (12 à 14m), deux machines d’expansion symétriques sont utilisées pour le calibrage. Chaque machine agit sur une moitié du tube. De plus, comme l’expanseur est d’environ 800mm de long, la phase de calibrage est divisée en plusieurs étapes successives. Les travaux de Palumbo et al [Palumbo and Tricarico, 2005] [7] sur la modélisation 3D par éléments finis ont montré un rôle important du calibrage sur la forme finale et l’inflexion longitudinale du tube.
La mise en forme du tube est complexe. Les paramètres de fabrication influencent considérablement sur les caractéristiques du produit final. Il est ainsi intéressant de comparer les caractéristiques mécaniques de la tôle servant à fabriquer un tube et celles du tube fini.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre.1:problématique
1.1 Introduction
1.2 L’industrie du transport des hydrocarbures et la présence des défauts
1.2.2. Éclatement de gazoducs
1.2.2.1décompressions du gaz
1.2.2.2 déformations du tube
1.2.2.3 comportements en pointe de fissure
1.2.3 Fabrication de tubes soudes longitudinalement
1.2.4 Effet de la pré-déformation
1.3 -systèmes thermoplastiques renforcés (RTP) pour transport de gaz par canalisation
1.3.1 Introduction sur le système RTP
1.3.2. Systèmes de (RTP) pour les applications à haute pression
1.3.3. La calcification des systèmes RTP pour le transport de gaz
1.3.3. 1. Matériaux des pipelines
I.3.3.2. Techniques de jointée les (RTP)
1.3.4. Analyse de sûreté et de risque
1.3.5. Évaluation des coûts
1.4 Objectif de l’étude
Chapitre 2 : Conception et choix de matériau pour un nouveau pipeline
2.1. Introduction
2.2. La conception du pipeline a base de polyéthylène armé
2.3 Hypothèse
2.4. Evaluation de choix du composite (polyéthylène Armé)
2.4.1Exigences de Résistance et performance du composite
2.4.1.1 Résistance d’un tube en polyéthylène armé
2.4.1.2. Critère de performance des matériaux
2.4.2. Critère économique
Chapitre 3 : étude bibliographique sur les polymères et caractéristique du polyéthylène
3.1. Généralité sur les polymères
3.1.1 .Introduction
3.1.2. Historiques
3.1.3.Les origines
3.1.3.1Origine animale
3.1.3.2Origine végétale
3.1.3.3. Origine naturelle
3.1.4. Le pétrole et les hydrocarbures
3.1.4.1 Le raffinage ou la distillation du pétrole
3.1.4.2 Le traitement des naphtas et la formation des monomères
3.1.5. La nature chimique et la structure atomique des monomères
3.1.5.1La liaison covalente
3.1.5.2 La formation des polymères
3.1.5.2.1. La polymérisation par étapes ou polycondensation
3.1.5.2.2. La polymérisation en chaîne ou polyaddition
3.1.6 Différents types de matières plastiques
3.1.6. 1. Les thermoplastiques
3.1.6 .2. Les thermodurcissables
3.1.6 3. Les élastomères
3.1.7. Notion de base sur la mécanique et thermomécanique des polymères
3.1.7.1 Comportement contrainte-déformation
3.1.7.2. Facteurs influencent sur les propriétés mécaniques des polymères
3.2.1 Propriétés générales du polyéthylène
3.2.1.1 Synthèse et mise en forme du polyéthylène
3.2.1.2 Description multi -échelle du matériau
3.2.1.2.1 Structure macromoléculaire
3.2.1.2.2 Phase amorphe et phase cristalline
3.2.1.2.3 Morphologie semi –cristalline
3.2.1.3.2 Processus de relaxation
3.2.2 Comportement mécanique des polymères semi-cristallins
3.2.2.1 Micromécanismes de déformation
3.2.2.1.1 Déformation de la phase amorphe
3.2.2.1.2 Déformation de la phase cristalline
3.2.2.1.3 Fragmentation des lamelles cristallines
3.2.2.1.4 Déformation des sphérolites
3.2.2.2 Comportement plastique macroscopique
3.2.2.2.1 Essais de traction
3.2.2.2.2 Essais de fluage
3.2.2.3. Rupture
3.2.2.3.1 Amorçage des défauts
3.2.2.3.2 Craquelures
3.2.2.3.3. Rupture
3.2.2.3.4. Transitions entre modes de rupture
Chapitre 4. Adhésion entre un polymère et un substrat métallique
4.1. Introduction
4.2. Effets des traitements de surface
4 .3. Greffages de fonctions polaires sur une chaîne polymère
CONCLUSION
