Faire progresser l’avenir de l’énergie géothermique : L’approche de Vallourec pour les applications allant jusqu’à 500°C
L’énergie géothermique est un pilier essentiel de la transition énergétique, car elle permet de produire de l’électricité de manière propre et durable. Les projets géothermiques à haute température sont particulièrement prometteurs car ils permettent d’augmenter considérablement la production d’énergie par puits, contribuant ainsi à la réduction du coût moyen de l’énergie (LCOE). Cependant, l’exploitation dans ces environnements extrêmes présente des défis importants, exigeant que les matériaux et les technologies soient rigoureusement validés pour de telles conditions afin de garantir l’intégrité des puits sur le long terme. Vallourec est fier d’être à la pointe des avancées dans ce domaine, en repoussant les limites de ce qui est possible pour l’exploitation des puits géothermiques.
Le 3 décembre dernier, Vallourec a présenté son papier technique, intitulé « Une nouvelle approche de la caractérisation des matériaux afin de prédire le comportement des cuvelages pour les applications géothermiques à haute température » (en anglais : A New Approach for Material Characterization to Predict Casing Behavior for High-Temperature Geothermal Applications), lors du symposium SPE Thermal Well Integrity and Production consacré aux applications pouvant aller jusqu’à 500°C. Ce document, rédigé par Emmanuel Desdoit, Pierre Mauger et Julien Patou, met en avant les recherches pionnières du Groupe pour accompagner les applications géothermiques jusqu’à 500°C. Vous trouverez ci-dessous les informations relatives aux principaux tests effectués, ainsi que les enseignements tirés de cette étude novatrice.
Des recherches pionnières pour la géothermie à haute température
Le rapport technique se concentre sur l’évaluation des matériaux L80 à des températures élevées, allant jusqu’à 500°C, offrant ainsi des perspectives inédites sur le comportement des matériaux dans des conditions extrêmes. Ces résultats s’appuient sur les technologies existantes de Vallourec validées pour des températures allant jusqu’à 350°C et représentent une étape importante pour permettre d’opérer à des températures encore plus élevées.
En utilisant des techniques avancées de test et de simulation, Vallourec a caractérisé le comportement des grades d’acier au carbone tels que le L80 dans ces conditions extrêmes. Les principaux aspects de la recherche sont les suivants :
- Essais de traction et essais cycliques : Réalisés à des températures allant de l’ambiante à 500°C, ces essais permettent de suivre l’évolution des propriétés mécaniques et de quantifier la relaxation des contraintes induites par le fluage (creep en anglais) sous charge cyclique.
- Loi sur les matériaux élasto-viscoplastiques : Dérivée de données expérimentales, cette loi améliore la simulation des assemblages filetés soumis à des cycles thermomécaniques extrêmes.
- Résultats de simulation : Mis en œuvre dans le logiciel ABAQUS®, les modèles améliorés prédisent les comportements des connexions avec plus de précision, découvrant de nouveaux modes de défaillance structurelle et fonctionnelle en accord avec les retours d’expérience sur le terrain.
Principaux résultats : Comprendre la performance à haute température
La recherche met en évidence plusieurs découvertes cruciales concernant le comportement de l’acier L80 dans les environnements géothermiques :
Dégradation du matériau à haute température
L’acier L80 présente une diminution marquée de la limite élastique et de la résistance à la traction à mesure que les températures augmentent, en particulier au-delà de 350°C. Les essais de charge cyclique ont également révélé des effets de relaxation des contraintes et d’adoucissement, le fluage devenant plus prononcé au-delà de ce seuil.
Simulations de connexion améliorées
Le modèle de matériau amélioré reproduit de manière fiable le comportement de l’acier L80 dans des conditions de laboratoire. Les simulations de connexion utilisant ce modèle révèlent de nouveaux modes de défaillance structurels et fonctionnels, en accord étroit avec les retours d’expérience des applications géothermiques.
Conséquences pratiques pour le développement
Ces modèles avancés permettent de prédire avec plus de précision les performances des connexions, ce qui accélère la validation des produits grâce à l’interpolation de l’analyse par éléments finis entre les tailles testées. Ils fournissent également des informations utiles pour la recherche et le développement d’applications à plus haute température.
Ces résultats contribuent à faire progresser le développement de matériaux et de connexions capables de répondre aux exigences rigoureuses des puits géothermiques à haute température.
Perspectives d'avenir
Sur la base de ces résultats prometteurs, Vallourec poursuit ses recherches afin de valider les gammes de produits VAM® 21 pour une utilisation dans des environnements à plus haute température et d’explorer le comportement d’autres grades d’acier. Ces travaux renforcent l’engagement de Vallourec à fournir des solutions innovantes qui accélèrent le développement de la géothermie et soutiennent la transition énergétique.
Si vous souhaitez mieux comprendre ces avancées, vous pouvez contacter un représentant de Vallourec et obtenir une copie de ce papier technique. Ensemble, nous pouvons exploiter le potentiel de l’énergie géothermique à haute température pour façonner un avenir énergétique durable.
