Afin de garantir la résistance de ces aciers aux tempêtes, aux vagues et à la dureté de l'eau salée pendant de nombreuses années, tout en maintenant une production économiquement viable, des chercheurs en matériaux de l'Université de la Sarre et des ingénieurs mécaniciens de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle collaborent avec le spécialiste de l'acier Dillinger et d'autres entreprises pour développer de nouvelles nuances d'acier sur mesure. Ce projet de recherche bénéficie d'une subvention de 1,2 million d'euros du ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie.
La production des énormes tubes d'acier destinés aux parcs éoliens offshore nécessite d'épaisses plaques comme celles produites par l'aciérie Dillinger en Sarre. Ces plaques, d'une épaisseur d'environ dix centimètres, sont soudées entre elles pour former des sections de tuyau pouvant atteindre dix mètres de diamètre. Celles-ci sont ensuite assemblées une à une par des cordons de soudure supplémentaires pour obtenir des longueurs supérieures à 80 mètres. « Le principal problème de ce procédé réside dans la chaleur intense et brève appliquée à l'acier lors du soudage, ce qui modifie la structure interne du matériau. Plus les plaques sont épaisses et plus le soudage est rapide en conditions de production, plus les déformations structurelles autour des cordons de soudure peuvent être importantes », explique Frank Mücklich, professeur de matériaux fonctionnels à l'Université de la Sarre.
Le chercheur en science des matériaux et son équipe ont mis au point des techniques analytiques spécifiques permettant de quantifier l'ensemble des modifications de la structure interne des matériaux. Pour ce faire, il utilise des microscopes électroniques et ioniques à haute résolution, notamment la nanotomographie et la tomographie par sonde atomique. Les informations et les séquences d'images acquises à différentes échelles sont ensuite combinées sur ordinateur afin de former une image spatiale précise de la structure de l'acier, jusqu'à l'échelle atomique. « Cela nous permet d'observer, aux échelles micro et nano, ainsi qu'à l'échelle atomique, les ajustements précis nécessaires pour modifier un matériau et lui conférer les propriétés souhaitées », explique Frank Mücklich, qui dirige également le Centre de recherche Steinbeis en ingénierie des matériaux, situé sur le campus universitaire de Sarrebruck.
Les partenaires du projet collaborent désormais avec les fabricants de monopieux EEW Special Pipe Constructions et le groupe Sif, ainsi qu'avec le fabricant de consommables de soudage et d'alimentation électrique Lincoln Electric, afin d'optimiser davantage l'acier à haute résistance pour les procédés de soudage utilisés dans la construction d'éoliennes offshore. « Ces dernières années, Dillinger a réalisé des investissements visionnaires et a stimulé l'innovation pour développer une tôle d'acier de pointe répondant aux exigences du marché des monopieux », a déclaré Sebastian Scholl, docteur en sciences des matériaux et ingénieur soudeur chez Dillinger. « Grâce à ces efforts, Dillinger a déjà pu accroître significativement sa productivité et contribuer à la réduction des coûts de construction des éoliennes offshore. ».
Scholl a ajouté qu'il est également important de continuer à améliorer l'efficacité des procédés de fabrication lourde, par exemple en augmentant la vitesse de soudage maximale atteignable avec les aciers Dillinger. Les procédés de soudage modernes pour tôles fortes, tels que le soudage à l'arc submergé multifilaire ou le soudage par faisceau d'électrons, jouent un rôle important à cet égard. « La prochaine étape cruciale sera de réduire les temps de production. Ceci peut être réalisé grâce à des méthodes de soudage haute performance. C'est pourquoi nous souhaitons collaborer avec nos partenaires sur ce projet de recherche afin de développer un acier répondant à ces exigences élevées », a déclaré Scholl.
Le professeur Uwe Reisgen, directeur de l'Institut des technologies de soudage et d'assemblage de l'université RWTH A&M, confirme : « Des structures en acier de cette envergure sont absolument inconcevables sans la technologie du soudage. Pour les quantités considérables requises, nous avons besoin de procédés de soudage très performants et de matériaux adaptés. Ces derniers doivent être faciles à travailler grâce à des méthodes de soudage de haute performance, sans altérer leurs propriétés mécaniques et technologiques. Je suis ravi qu'une entreprise sidérurgique aussi compétente que Dillinger souhaite s'engager à nos côtés dans cette voie. ».
Le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie finance ce projet commun à hauteur de 1,2 million d'euros dans le cadre du programme de recherche énergétique « Innovations pour la transition énergétique ». Le budget total du projet s'élève à plus de 1,9 million d'euros. « Grâce à ce projet, nous souhaitons contribuer non seulement au développement des énergies renouvelables, mais aussi à la sécurisation des sites de production en Allemagne et en Europe », a déclaré Frank Mücklich, chercheur en science des matériaux.
