À l’heure où la planète délaisse les combustibles fossiles au profit d’alternatives décarbonées, les paliers magnétiques actifs trouvent de nouvelles applications parmi les technologies émergentes de la révolution énergétique. Il est plus que probable que la production et le transport de l’hydrogène vont devenir un important secteur de croissance.

Actuellement, l’hydrogène est produit en majeure partie à partir de combustibles fossiles, mais il peut l’être également par électrolyse de l’eau. Si l’électricité nécessaire à ce processus provient de sources renouvelables, l’hydrogène « vert » qui est produit est une source d’énergie propre et décarbonée. L’hydrogène a des avantages potentiels dans de nombreuses applications par rapport aux autres vecteurs énergétiques. Sa densité énergétique relativement élevée peut en faire un carburant approprié pour les navires, les avions ou les poids lourds.

En outre, sa combustion est un moyen propre d’atteindre les très hautes températures nécessaires à la fabrication de l’acier et à d’autres processus industriels et chimiques. C’est un ingrédient essentiel des carburants liquides de synthèse qui pourraient représenter un substitut décarboné instantané aux solutions produites à partir de combustibles d’origine fossile.

Même si l’hydrogène sous forme gazeuse doit être liquéfié pour être transporté et stocké, les paliers magnétiques actifs présentent dans ce cas de figure les mêmes avantages que dans les applications liées aux hydrocarbures. Les turbomachines efficaces et fiables seront un composant essentiel de bon nombre des procédés proposés pour la production d’hydrogène « vert » : des centres photovoltaïques géants dans des lieux désertiques au Moyen-Orient ou en Australie par exemple, ou des sites de production créés à proximité de parcs éoliens.

Plus de croissance en vue

Un autre secteur de croissance potentielle pour les paliers magnétiques est celui du captage, du stockage et de la valorisation du CO₂ (ou CCUS pour Carbon Capture, Utilization and Storage). Cet ensemble de technologies est conçu pour éviter le rejet de gaz à effet de serre dans l’atmosphère en récupérant le CO₂ à la source et en le séquestrant dans des lieux de stockage approprié : des puits de pétrole et de gaz épuisés par exemple. Comme pour l’hydrogène, les nombreuses technologies CCUS s’appuieront sur des compresseurs performants et de grandes dimensions.

Les paliers magnétiques actifs sont un peu conçus comme un moteur électrique.

La technologie de l’hydrogène « bleu » est un autre secteur en plein développement. Cette approche associe le processus classique de production d’hydrogène aux technologies CCUS, créant ainsi un moyen de poursuivre le recours aux ressources traditionnelles d’origine fossile tout en atténuant à la source leur incidence sur le climat. Cette filière aura besoin de nombreuses turbomachines efficaces pour gérer les flux de gaz à l’entrée et d’hydrogène et de CO₂ à la sortie du processus.

Le remplacement des combustibles fossiles traditionnels par des substituts décarbonées ou émettant moins de CO₂ sera le plus grand bouleversement que connaîtra le système énergétique mondial depuis un siècle. Cette conversion exigera un changement radical de la part des producteurs d’énergie, des consommateurs d’énergie et de la société civile en général. Elle requerra également de nombreuses machines rotatives propres et performantes. Pour les équipementiers, les paliers magnétiques actifs représentent une solution éprouvée, fiable et robuste permettant de relever certains des grands défis techniques auxquels ils sont confrontés aujourd’hui.

Les compresseurs sous-marins de gaz sont un élément vital mais discret du système énergétique mondial actuel : ils permettent d’accroître la production de gaz des puits sous-marins exploités. Installées sur les fonds marins, sous des centaines de mètres d’eau, ces puissantes machines refoulent le gaz naturel extrait des puits dans les gazoducs qui l’acheminent vers les installations de traitement à terre. Elles doivent fonctionner 24h/24, 365j/an, ce qui laisse peu de temps pour leur inspection, leur maintenance ou leur réparation.

De nombreux puits sous-marins s’épuisent parce qu’ils perdent en pression. Grâce aux paliers magnétiques actifs en service sur les plateformes et dans les applications sous-marines, l’impact sur l’environnement est atténué tant sur le plan de l’encombrement que celui de l’exploitation. Le supplément de gaz extrait permettra d’assurer en douceur la transition vers une énergie plus verte.

Les équipements qui fonctionnent dans des conditions aussi extrêmes sont le fruit d’un développement technique hautement spécialisé. Les paliers figurent parmi les éléments les plus critiques de la conception d’un compresseur sous-marin. Les fabricants ont besoin d’un palier capable de fonctionner à des charges et des vitesses élevées, d’offrir une durée de service de plusieurs dizaines d’années et de se maintenir sans nécessiter de réglage ou de lubrification après installation.

Une option intéressante

La technologie des paliers magnétiques actifs SKF est la solution privilégiée par de nombreux grands fabricants mondiaux d’équipements offshore pour ces applications. Les paliers magnétiques actifs sont un peu conçus comme un moteur électrique. Ils renferment un stator, lequel comprend plusieurs bobines de cuivre. En cours de service, le courant électrique traverse chacune des bobines, créant ainsi un champ magnétique. Celui-ci attire les composants du rotor fixés à l’arbre de la machine, qui n’est ainsi plus en contact avec le stator.

Pendant la rotation de l’arbre, une technologie propriétaire de détection contrôle sa position précise, et un système de traitement des signaux à grande vitesse ajuste en permanence le courant qui traverse les bobines du stator. L’arbre est maintenu en lévitation à l’intérieur du stator, avec un jeu de 0,15 à 0,5 mm selon l’application.

Étant donné qu’il n’y a aucun contact entre les éléments tournants et fixes, les paliers magnétiques ne sont pas sujets à l’usure mécanique et se passent d’un système de lubrification. Tels sont les éléments assurant une longue durée de service, sans entretien. Les paliers magnétiques actifs SKF sont en service continu dans des applications sous-marines depuis 2015. En général, leur durée de service est supérieure à 30 ans. Certaines turbomachines construites dans les années 1980 sont équipées de paliers magnétiques qui sont toujours en service.

Sans échauffement, propre et résistant

Les paliers magnétiques actifs offrent de nombreux autres avantages en plus de leur longue durée de service. Étant donné qu’ils ne nécessitent aucune lubrification, il n’y a aucun risque de fuite de lubrifiant qui pourrait contaminer les fluides de traitement ou polluer l’environnement. Et ils peuvent fonctionner à des températures très basses ou très élevées, sans qu’il soit nécessaire de recourir à des systèmes de chauffage ou de refroidissement complexes destinés à protéger le lubrifiant.

Ce système peut permettre de faire d’importantes économies d’énergie. Dans le cas d’un turbodétendeur de 6 MW intégré à un processus pétrochimique, les auxiliaires des paliers à huile nécessitent entre 50 à 100 kW d’électricité en raison de la centrale hydraulique munie de pompes, refroidisseurs et réchauffeurs dans certain cas. Comparée à un turbodétendeur à paliers magnétiques actifs SKF, cette solution affiche une consommation d’électricité dix fois moins élevée que celle équipée d’un palier à huile.

Le système de commande actif d’un palier magnétique peut également compenser automatiquement les charges au sein du processus ou un balourd dans la machine. Les données recueillies par le contrôleur du palier jouent le rôle d’un système de surveillance intégré. Elles fournissent aux opérateurs des informations précieuses sur les vibrations, lesquelles peuvent servir à diagnostiquer les problèmes ou anticiper d’éventuelles défaillances.

Les paliers magnétiques actifs sont actuellement utilisés dans de nombreux secteurs d’activité. Ils représentent la solution idéale si un fonctionnement propre et silencieux et une fiabilité à long terme sont des priorités absolues. Parmi les applications courantes des paliers de petites dimensions figurent les pompes à vide à micro-molécules haute performance pour la fabrication de semi-conducteurs, les applications de refroidisseurs et les hacheurs pour neutrons.

Le secteur énergétique

Ces dix dernières années, le secteur de l’énergie est devenu le principal marché des paliers magnétiques actifs de grandes dimensions. La hausse de la demande est due en grande partie à l’évolution du marché du pétrole et du gaz, en particulier à l’exploitation des réserves de gaz offshore dans des eaux plus profondes et dans des zones de plus en plus reculées.

On retrouve également cette technologie dans un éventail d’applications énergétiques terrestres. Le gaz naturel liquéfié (GNL) a transformé le marché de l’énergie ces dernières années puisque les méthaniers permettent désormais aux producteurs d’approvisionner les marchés trop éloignés pour être desservis par gazoduc. Les paliers magnétiques actifs servent généralement à éliminer le torchage des gaz et à optimiser le transport du GNL grâce à des systèmes avancés de reliquéfaction de gaz équipés de moteurs électriques à grande vitesse sur paliers magnétiques. Ces moteurs SKF peuvent tourner jusqu’à 60 000 tr/min et leur puissance peut atteindre 1 MW. On trouve également les paliers magnétiques dans les turbodétendeurs destinés à accroître le rendement énergétique, ainsi qu’à maximiser la productivité dans les applications pour hydrocarbures et autres traitements de gaz, tels que l’hydrogène, les séparateurs d’air et les applications pétrochimiques.