CIFRE VALLOUREC: Etude de l’effet de l’usure sur l’étanchéité des portées métalliques pour le transport de gaz (CO2, H2, …)

Contexte de la thèse

La société Vallourec est leader mondial des solutions tubulaires premium destinées principalement aux marchés du pétrole, gaz et géothermie. Son expertise s’étend désormais dans les technologies de stockage de l’hydrogène (https://www.vallourec.com/fr/news/vallourec-revolutionne-le-stockage-dhydrogene-avec-delphy-sa-solution-verticale-a-grande-echelle/). Un aspect stratégique concerne le développement des connections premium permettant l’assemblage des tubes constituants les conduites rigides. La société Vallourec est leader sur ces technologies (connexions VAM®) mais cherche toujours à les améliorer. Ces conduites peuvent être montées et démontées ce qui peut induire à terme des phénomènes de grippage (transferts métalliques très adhésifs au sein des filets et portées internes) et potentiellement des problèmes de fuites au niveau des connexions.  Aussi, afin de mieux comprendre et prédire ces phénomènes de dégradation et impact dans l’étanchéité, une thèse CIFRE de recherche est proposée en partenariat entre le centre de recherche Vallourec de Aulnoye-Aymeries (One RD-Au) et le laboratoire CDM de l’Ecole des Mines de Paris et le laboratoire LMPS de l’Ecole CentraleSupélec.*

 Objectifs et programme de la thèse.

Des premiers travaux de recherche ont permis de développer un banc expérimental dit RGT (Reduced Galling Testing) [1, 2] simulant à une échelle réduite les phénomènes d’usure jusqu’au grippage. Cet essai a permis de développer des critères de détection du grippage, d’étudier différents couples de matériaux et de proposer un modèle de prédiction du grippage au travers d’une approche puissance de frottement dissipée dans l’interface [1, 2]. Cependant, ce banc ne reproduit pas exactement la configuration géométrique du contact ni la cinématique de glissement. Un premier objectif de cette thèse sera d’approfondir la démarche expérimentale de façon à permettre une corrélation directe entre ces essais « échelle réduite » et les résultats issus d’essais technologiques réalisés par Vallourec sur des connexions réelles.

La démarche de la thèse sera la suivante. Reprenant le concept du banc RGT, le doctorant utilisera une version améliorée du RGT* permettant de simuler le cycle de chargement normal et la rotation sur plusieurs tours imposée à une connexion réelle (la 1^ére version RGT était limitée à des rotations alternées de faible amplitude).  Un système d’injection de gaz intégré permettra d’étudier l’activation des fuites en fonction de l’usure du contact. Une fois mis en place ces manipulations, le doctorant devra réaliser une série de campagnes expérimentales au CDM pour étudier le tribo-système (contact acier carbone phosphaté + graisse) et l’effet des cycles de chargement (chargement variable +torsion) mais aussi l’influence de la géométrie du contact, en particulier l’écart entre la configuration déjà étudiée d’un contact plan/plan vis-à-vis d’une configuration de type tore/plan plus représentative. La méthodologie expérimentale pourrait être supportée par la technique d’émission acoustique, qui a démontré son efficacité dans la détection précoce du grippage. Ce critère devra être confronté aux retours d’expérience sur des essais « échelle réelle » réalisés par Vallourec. Cette recherche expérimentale sera complétée par des expertises fines des surfaces frottées (MEB, EBSD, FIB, nano indentation, topographie de surface, micro-raman, …) réalisées au LMPS de façon à établir les scénarios d’endommagement [3].  

Cette méthodologie sera par la suite transposée au centre One RD-Au de Vallourec ou un essai équivalent dit BST (Basic Seal Tester) est actuellement utilisé pour qualifier la performance en frottement et en étanchéité des différents traitements de surface. L’objectif de ce transfert et de permettre une parfaite corrélation entre les bancs d’essai laboratoire (CDM-RGT) et industriel (VLR-BST). Enfin, l’impact du niveau d’usure sur les performances en étanchéité sera étudié, dans le but de déterminer un seuil d’usure pour garantir l’étanchéité (Par exemple Niveau de fuite = f (distance de glissement)).

[1] P. Faura, S. Fouvry, P. Ronfard, N. Marouf, T. Mathon, An experimental investigation of galling phenomenon generated in an alternated sliding ring-on-ring interface: Application to a full-scale solid lubricant interface, Wear 508–509 (2022) 204457 (https://doi.org/10.1016/j.wear.2022.204457)/

[2] P. Faura, S. Fouvry, C. Minfray, P. Ronfard, A. Benitez, X. Mencaglia, J. Galipaud, Experimental investigation of galling occurrence in sliding contact under high pressure of a manganese phosphate versus steel interface: Comparison of two greases, Wear 524-525 (2023) 204820 (https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204820).

[3] V Lefranc, C.  Gandiolle et al. Scenario for the formation of fretting obtained TTS in TA6V from detailed microstructural analysis, Wear (2025), (https://doi.org/10.1016/j.wear.2025.205834)

CMAT Mines Paris -PSL (Etablissement principal):

Campus de l'Innovation-CMAT : https://www.mat.minesparis.psl.eu/

EMP-PSL :https://www.minesparis.psl.eu/

LMPS CentraleSupélec (Etablissement secondaire, co-encadrement) 

LMPS : https://lmps.ens-paris-saclay.fr/fr

CentraleSupélec : https://www.centralesupelec.fr/

Vallourec : https://www.vallourec.com/fr/

Ingénieur(e) en Science des Métariaux / Mécanique motivé(e) par la recherche expérimentale avec aussi un intérêt pour la simulation: Ecoles Centrales, INSA, Ecoles des Mines, IMT, ...