Normes de sécurité et certifications des compresseurs d’hydrogène

Les compresseurs d’hydrogène sont essentiels aux technologies et aux infrastructures liées à l’hydrogène, car il est important d’acheminer ce gaz jusqu’à son utilisation finale en toute sécurité et avec efficacité. Face à l’aggravation quotidienne du changement climatique, l’hydrogène est considéré comme un élément clé pour contribuer à gérer la crise énergétique. Toutefois, l’utilisation efficace et sûre des compresseurs d’hydrogène dépend également du respect des réglementations de sécurité et des exigences de certification définies par le secteur. Cet article présente les principaux objectifs, les réglementations et les organismes de certification applicables aux compresseurs d’hydrogène. Il décrit les réglementations en vigueur, les perceptions du public concernant l’utilisation durable des technologies à base d’hydrogène, notamment les mesures d’atténuation des risques, ainsi que les moyens d’accélérer le passage des sources d’énergie « sales » à l’hydrogène.

Introduction à la sécurité des compresseurs d’hydrogène

La capacité d’un compresseur d’hydrogène à prévenir les dangers dépend directement de sa capacité à éviter les risques liés aux gaz d’hydrogène sous haute pression. Les principaux enjeux de sécurité sont la prévention des fuites, la vérification de la résistance des matériaux à la fissuration par corrosion sous contrainte induite par l’hydrogène, ainsi que la prévention des risques d’incendie et d’explosion. La sécurité des installations d’hydrogène peut aussi être renforcée par diverses mesures préventives portant sur l’intégrité des structures et par le respect des recommandations de l’ASME BPVC et de l’ISO 19880-1. Ces principes fournissent des informations utiles sur la conception, l’exploitation et la maintenance afin de réduire les dangers et de garantir la sécurité des systèmes de compression d’hydrogène.

L’importance de la sécurité lors de la compression de l’hydrogène

Lors de la compression, l’hydrogène est un gaz inflammable et léger, de faible masse moléculaire, qui est souvent soumis à des pressions élevées. Des protocoles de sécurité sont donc essentiels pour prévenir les dangers susceptibles de compromettre également l’efficacité du procédé. Le choix des matériaux des compresseurs et des canalisations est déterminant pour éviter la fissuration par corrosion sous contrainte lors de la compression de l’hydrogène. Ce phénomène résulte de la perméation de l’hydrogène et fragilise certains matériaux. Les matériaux concernés sont souvent remplacés par des composites avancés et des polymères métalliques. En présence d’hydrogène, il faut maintenir le débit et l’effort autour du système de sécurité afin d’éviter que les surpressions ne deviennent catastrophiques.

Les risques d’incendie et d’explosion nécessitent des mesures spécifiques, comme une meilleure maîtrise du bruit dans les installations et des capteurs d’hydrogène, ainsi que des vannes d’arrêt fiables. La détection précoce des fuites fait partie des opérations de maintenance courantes, car l’hydrogène est une petite molécule qui tend à s’échapper par les moindres ouvertures des structures. Le respect des exigences internationales, notamment en matière de système de gestion de la sécurité selon l’ISO/TS 19883 ou du code de sécurité de l’hydrogène NFPA 2, favorise également la sécurité des opérations. Ces mesures permettent d’adopter des pratiques de sécurité adaptées aux procédés de compression de l’hydrogène.

Rôle des compresseurs d’hydrogène dans l’économie de l’hydrogène

L’hydrogène est au cœur de l’économie de l’hydrogène. Les compresseurs d’hydrogène jouent un rôle essentiel dans le stockage sur site, le transport et la distribution. Les systèmes de compression à haute pression servent principalement à comprimer l’hydrogène afin de le stocker à haute pression dans des réservoirs ou de l’acheminer par canalisation ou remorque porte-tubes. Leur objectif principal est de stocker l’hydrogène à une densité énergétique pratique, afin de permettre son utilisation finale dans divers domaines, comme les piles à combustible, les procédés industriels et les systèmes de stockage d’énergie.

Les compresseurs d’hydrogène jouent un rôle stratégique pour accompagner la hausse envisagée de la part des énergies renouvelables à l’échelle mondiale. Ces équipements sont notamment nécessaires à l’exportation de l’hydrogène produit par des électrolyseurs, le plus souvent alimentés par des sources d’énergie renouvelables. Cet hydrogène est généralement comprimé afin de pouvoir être intégré aux systèmes de stockage et de transport, notamment aux infrastructures telles que les stations de ravitaillement. Par ailleurs, les progrès technologiques mondiaux ont permis d’améliorer la conception des compresseurs, en particulier des compresseurs à membrane et à pistons, pour accroître leur rendement et leur durabilité et mieux gérer l’hydrogène, un gaz de faible masse moléculaire qui présente une forte résistance à l’hydrogène.

Aperçu des normes de sécurité et de la conformité

Pour produire, transporter le gaz vers les lieux où il est nécessaire et le distribuer à ses destinataires en toute sécurité, il faut respecter des réglementations et des exigences strictes. Des principes directeurs concernant la sécurité de l’utilisation de l’hydrogène et ses propriétés inflammables et diffusives ont été élaborés par des organismes tels que l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et le Cadre européen intégré pour la sécurité de l’hydrogène (EIHF). Par exemple, l’ISO 19880-1 définit les modalités d’exploitation sûres des stations de ravitaillement en hydrogène, notamment les exigences liées à la manutention de l’hydrogène, à la conception des équipements et à la gestion du site industriel.

L’Agence nationale du gaz, en coopération avec les organismes chargés de la santé et de la sécurité au travail du pays, a également la responsabilité de faire appliquer les mesures de sécurité sur le lieu de travail pour les systèmes d’hydrogène. Aux États-Unis, il s’agit notamment de l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA). Ces mesures visent à réduire les dangers susceptibles de découler de ces activités, comme les surpressions et les fuites. Avec les technologies récentes, de nombreuses défaillances peuvent être détectées rapidement, car les nouvelles alarmes repèrent efficacement la présence d’hydrogène. Sans le respect de ces recommandations, les utilisateurs finaux sont moins exposés aux dangers, mais restent toujours sceptiques à l’égard des technologies de l’hydrogène.

Normes de sécurité internationales et régionales

Les normes internationales de l’ISO, en particulier celles de la série 19880, définissent des exigences détaillées pour la mise au point et l’amélioration des stations de ravitaillement en hydrogène, et contribuent ainsi à leur maintenance en toute sécurité à l’échelle mondiale. Dans l’Union européenne, les directives ATEX définissent les mesures de sécurité destinées aux secteurs où différents équipements peuvent exposer les salariés à des risques. Elles couvrent aussi les systèmes d’hydrogène, qui présentent des risques d’explosion et des enjeux de sécurité associés. Aux États-Unis, les normes NFPA 2 et d’autres codes sur l’hydrogène, comme les codes ASME, encadrent la protection des récipients sous pression. Ces codes détaillent la manutention et le stockage de l’hydrogène afin d’en garantir une utilisation et un stockage plus sûrs.

Normes ISO applicables aux compresseurs d’hydrogène

Les normes ISO jouent un rôle essentiel dans la définition des paramètres de performance, de fiabilité, d’exploitation et de maintenance des compresseurs d’hydrogène, qui sont des composants clés des systèmes de stockage et de distribution d’hydrogène. Les normes relatives à l’hydrogène comprennent notamment l’ISO 19880-5, qui porte principalement sur les compresseurs des stations de ravitaillement en hydrogène et sur leur sécurité, ainsi que sur les essais de performance associés. L’ISO 15138 détaille également les pratiques générales du secteur concernant les compresseurs stationnaires utilisés pour comprimer l’hydrogène. Elle couvre notamment les limites de pression, le choix des matériaux et les limites applicables aux interactions de pression avec les dispositifs défectueux.

Ces normes visent aussi à garantir que les compresseurs peuvent fonctionner en toute sécurité à haute pression, sans les risques liés à l’inflammabilité de l’hydrogène et à sa capacité à réagir. Le respect de ces règles internationales favorise la diffusion des meilleures pratiques à l’échelle mondiale et le progrès technologique, tout en encourageant l’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie respectueuse de l’environnement.

Normes API et applications

Les normes de l’American Petroleum Institute (API) jouent un rôle essentiel dans l’élaboration des règles visant à garantir la manutention sûre de l’hydrogène et de gaz similaires dans l’industrie. Elles couvrent un large éventail de spécifications techniques, notamment les exigences relatives à la conception, à la fabrication, à l’exploitation et à la maintenance des compresseurs et des systèmes associés. Par exemple, l’API 618 définit les exigences applicables aux compresseurs alternatifs, en mettant l’accent sur la fiabilité, la réduction des vibrations en conditions d’exploitation rigoureuses et l’amélioration du rendement. De même, l’API 619 impose certaines exigences de performance et de durabilité aux compresseurs rotatifs, notamment aux modèles à vis et à palettes.

Dans des secteurs comme la production d’énergie, le raffinage et la transformation chimique, où la gestion des risques est essentielle, il est crucial d’appliquer toutes les normes requises avec rigueur et fiabilité. Le respect de ces normes ne fait pas que réduire les risques liés aux pratiques commerciales : il prolonge aussi la durée de vie des équipements et améliore ou préserve leur rendement. L’application de ces normes à la gestion des procédés liés à l’hydrogène permet d’assurer que les pratiques sont adaptées aux exigences du marché à tous les niveaux d’une entreprise, quelle que soit sa taille ou son implantation dans le monde. Elle favorise également le progrès et le développement des technologies de production d’hydrogène.

Réglementation ASME relative à la compression de l’hydrogène

Le code ASME des chaudières et des récipients sous pression (BPVC) définit les lignes directrices pour la conception, la fabrication et l’inspection des récipients sous pression et des canalisations utilisés dans diverses applications, notamment les systèmes de compression de l’hydrogène. Pour ces applications, la section VIII, division 1 de l’ASME couvre la conception de récipients sous pression capables de résister aux pressions élevées généralement rencontrées lors du stockage et du transport de l’hydrogène. La conformité de la construction à l’ASME B31.12 implique également des pratiques essentielles pour l’assemblage des canalisations d’hydrogène : choisir les matériaux appropriés, garantir l’étanchéité des raccords et réduire les risques de fuite liés à la consommation d’hydrogène. Ces mesures sont importantes compte tenu des effets de l’hydrogène sur la structure, notamment le chemin libre et les limites d’écoulement semi-ordonné.

Les codes ASME ne se limitent pas à un cadre réglementaire. Ils mettent aussi l’accent sur un système d’essais rigoureux, comprenant des essais hydrostatiques et, dans certains cas, pneumatiques, afin de vérifier la résistance des équipements aux charges de service. La modernisation des lignes directrices de l’ASME tient aussi compte des nouvelles tendances, comme l’utilisation de matériaux à haute résistance et de différents composites, en réponse aux besoins de la compression de l’hydrogène pour les technologies sans émissions. Ces normes favorisent également l’adhésion du public en réduisant les risques liés à l’exploitation et en introduisant des pratiques plus sûres pour l’utilisation de l’hydrogène, en phase avec les propositions actuelles visant à améliorer le rendement grâce aux énergies renouvelables.

Applications sectorielles des normes de sécurité des compresseurs d’hydrogène

Pour l’hydrogène utilisé dans les piles à combustible qui alimentent les véhicules et les centrales électriques, les réglementations définissent les procédures à suivre pour installer et entretenir les systèmes de refroidissement destinés au stockage de l’hydrogène. Des objectifs économiques ambitieux orientent également l’attention vers le développement économique puis vers l’exploitation de l’entreprise elle-même, y compris la transformation dans les secteurs dominés par les services. Dans le raffinage et la fabrication d’ammoniac, où l’hydrogène gazeux est souvent utilisé à haute pression, son utilisation est soumise à ces réglementations de sécurité. Ces exigences s’appliquent également à la manutention de l’hydrogène comme combustible principal dans les technologies de propulsion de prochaine génération. Ces codes de bonnes pratiques, stricts et exhaustifs, réduisent les responsabilités, améliorent les fonctionnalités et favorisent la diffusion à grande échelle de solutions à base d’hydrogène dans diverses applications industrielles.

Compression de l’hydrogène dans le secteur de l’énergie

Dans le secteur de l’énergie, la compression de l’hydrogène est essentielle pour en permettre la distribution propre. Le développement de technologies avancées de compression permet de stocker l’hydrogène gazeux à haute pression dans des cylindres, des canalisations et des unités de stockage souterraines. De bonnes capacités de stockage et la faisabilité du système permettent d’assurer le transport et la distribution. Par exemple, les technologies récentes de compression, comme les compresseurs à membrane, à piston à liquide ionique ou à hydrures métalliques, permettent de prendre en compte les propriétés de l’hydrogène, notamment sa faible masse et sa tendance à s’échapper.

De plus, le bon fonctionnement des stations de ravitaillement en hydrogène dépend directement de la compression de l’hydrogène. Sans elle, il serait impossible de ravitailler les véhicules à pile à combustible jusqu’aux pressions adéquates, qui peuvent atteindre 700 bar. Pour garantir un ravitaillement rapide, la station utilise une compression efficace sans compromettre le confinement du réservoir ni ses performances. En outre, la conduite peut être installée et utilisée dès lors qu’elle ne soulève pas de problème de protection contre l’incendie. Les progrès technologiques rendent la fabrication des compresseurs plus efficace qu’auparavant, de sorte que les compresseurs de première génération ne seront plus fabriqués.

Normes de sécurité applicables au transport

Pour garantir la sécurité du transport de l’hydrogène, il faut respecter rigoureusement de nombreuses normes internationales et locales ainsi que les bonnes pratiques d’ingénierie lors de la conception, de la construction, de la maintenance et de l’exploitation des systèmes de stockage et de distribution. Par exemple, les stations de ravitaillement en hydrogène suivent des directives d’exploitation fondées sur des normes telles que l’ISO 19880-1, qui garantissent un ravitaillement rapide et sûr des véhicules. D’autres exigences, comme celles de la section VIII du code ASME BPVC, définissent des caractéristiques précises pour la construction des récipients sous pression afin de garantir leur fiabilité pendant le stockage de l’hydrogène à haute pression.

Pour réduire les dangers potentiels, des technologies de détection des fuites plus avancées et des systèmes de prévention des incendies adaptés à la réactivité de l’hydrogène sont mis au point. Les risques potentiels associés à l’utilisation de l’hydrogène, comme la rupture de canalisations d’hydrogène à haute pression, font l’objet d’analyses et d’évaluations afin de les ramener à un niveau acceptable. Ces audits s’appuient souvent sur des recommandations préconisant l’utilisation de matériaux résistants aux effets habituels de l’hydrogène, comme la fragilisation par l’hydrogène.

Plus important encore, l’utilisation finale de l’hydrogène comme carburant automobile est strictement réglementée et encadrée par des codes comme la norme SAE J2579, afin de garantir la sécurité et la durabilité des réservoirs d’hydrogène. Cette norme prévoit différents essais pour vérifier que les réservoirs fonctionnent dans les conditions définies et prévues, notamment des essais de rupture sous pression non destructifs, des essais d’étanchéité et des essais dans des conditions environnementales défavorables. Les organismes de réglementation et les instituts de recherche continuent d’améliorer les normes relatives aux matériaux, indispensables face aux évolutions actuelles du secteur automobile de l’hydrogène, afin de garantir la facilité d’utilisation et la sécurité.

Types de compresseurs d’hydrogène dans les applications industrielles

Processus de certification des compresseurs d’hydrogène

Les essais des compresseurs d’hydrogène doivent satisfaire aux exigences de sécurité, de protection de l’environnement et de qualité. Le processus décrit ci-dessus comprend certaines des étapes suivantes :

Il est impératif de suivre ces mesures de sécurité, qui contribuent à préserver la sécurité et la fiabilité opérationnelle des compresseurs d’hydrogène dans les applications industrielles et grand public.

Principales exigences de conformité

Cela signifie également que, pour la conception, la fabrication et les essais des compresseurs d’hydrogène, plusieurs exigences spécifiques doivent être satisfaites afin de respecter les normes applicables :

En appliquant ces contrôles rigoureux, les fabricants garantissent que l’installation de leurs compresseurs d’hydrogène respecte pleinement les exigences de conception des réglementations et que leurs performances sont conformes dans toutes les conditions de charge agressives autorisées, quels que soient leur usage, leur exploitation ou leur réparation.

Défis courants et solutions en matière de certification

L’importance du respect des normes de sécurité

Il est tout aussi important de respecter scrupuleusement les règles de sécurité applicables aux compresseurs d’hydrogène. Cela permet d’assurer le fonctionnement sûr des matières fissiles, de satisfaire aux exigences réglementaires et de préserver la fiabilité du système. Ces normes définissent des mesures pour évaluer les risques liés à l’hydrogène, quel que soit son lieu de production ou qu’il soit sous pression sous forme de gaz. Comme expliqué précédemment, les systèmes énergétiques utilisant l’hydrogène restent peu répandus et présentent des problèmes notables, tels que les fuites des réservoirs d’hydrogène, l’incapacité des matériaux à résister aux pressions et, dans les cas extrêmes, les explosions.

Les normes de sécurité applicables, établies par des organismes tels que l’Organisation internationale de normalisation (ISO), notamment la série ISO 19880, ou l’American Society of Mechanical Engineers (ASME), couvrent la conception, la commande et la surveillance. En vertu de ces normes, les fabricants conçoivent les compresseurs de façon à assurer une compression efficace de l’hydrogène et à signaler les dangers liés à certains types d’hydrogène. En définitive, en rendant la sécurité plus « concevable », ces normes ont contribué à l’adoption des technologies de l’hydrogène par les professionnels et ont ainsi accéléré le recours à l’énergie propre.

Améliorer la sécurité et l’efficacité opérationnelles

Le choix de matériaux de qualité est l’un des éléments essentiels pour améliorer la sécurité et la productivité des technologies de compression de l’hydrogène. En raison de la petite taille et de la diffusivité des molécules d’hydrogène, il faut faire face au risque de fragilisation par l’hydrogène. Ce phénomène est associé à la détérioration des composants du compresseur en raison de la présence constante d’hydrogène. Certains matériaux, tels que les aciers inoxydables austénitiques à haute résistance, les matériaux à base de nickel, le cuivre et les alliages de titane, offrent une meilleure résistance à la fissuration liée à l’hydrogène et améliorent ainsi la durée de vie en service.

En outre, des matériaux non conducteurs, comme des joints en polymère améliorés, ont été conçus pour résister aux hautes pressions et aux températures élevées. Des études et des évaluations approfondies ont confirmé que ces nouveaux matériaux protègent les équipements concernés contre les fuites et résistent à l’hydrogène pendant de longues périodes. L’intégration de ce type de matériaux dans les nouvelles architectures de compresseurs permettra d’éliminer les risques et d’améliorer la fiabilité ainsi que les capacités d’économie d’énergie grâce aux progrès actuels des technologies de l’hydrogène.

Conformité réglementaire et accès au marché

Le respect de la législation applicable est indispensable à la recherche et à la mise en œuvre des technologies de compresseurs d’hydrogène à pistons. Les risques liés au développement obligent les fabricants concernés à satisfaire aux critères définis par plusieurs normes internationales, notamment les dispositions de la norme ISO 19880-1 pour les stations de ravitaillement en hydrogène et les normes ASME BPVC pour les équipements sous pression. Des réglementations régionales doivent également être respectées pour certifier les technologies de l’hydrogène, comme la directive sur les équipements sous pression (PED) en Europe et les certifications du Department of Transportation (DOT) aux États-Unis.

Les dernières étapes de l’accès au marché comprennent des exigences telles que le marquage CE dans l’Union européenne ou les homologations UL en Amérique du Nord, obligatoires pour attester de la sécurité ou d’autres caractéristiques du produit. En outre, après sa mise sur le marché, le produit peut devoir obtenir des certifications de tierces parties (par exemple, TUV et CSA) afin de démontrer ses performances et sa crédibilité sur les marchés internationaux. La tendance, en forte croissance, à recourir à l’hydrogène pour soutenir l’énergie propre signifie que ces machines doivent elles aussi répondre à ces exigences.

En outre, l’intégration des chaînes de valeur exige un fonctionnement efficace ainsi que le respect de normes telles que l’ISO 9001, afin d’améliorer la qualité de la construction. Les fabricants qui cherchent à devancer leurs concurrents doivent reconnaître l’importance des affaires réglementaires dans le développement des technologies de l’hydrogène, car les objectifs de l’économie de l’hydrogène ont conduit la plupart des gouvernements à modifier leurs politiques.

Sources de référence

1. Conception et analyse d’une station de compression et de stockage d’hydrogène URL : Source
2. Considérations programmatiques du Department of the Navy concernant les éléments de soutien produit lors de l’utilisation de carburant à hydrogène URL : Source
3. Compresseur d’hydrogène

Foire aux questions (FAQ)