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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SU

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID-TLEMCEN- FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE Projet de fin d’étude pour l’obtention du diplôme de master En Génie Mécanique Option Ingénierie des systèmes mécaniques productiques Présenté par MECHERNENE Abderrahim E M È H T Etude du comportement en fatigue des aciers pour pipelines. Soutenu en octobre 2013 Devant le jury : Président HADJOUI Abdelhamid Pr UABB Tlemcen Encadreur HADJOUI Fethi MC_B UABB Tlemcen Co-Encadreur BENACHOUR Mustapha MC_A UABB Tlemcen Examinateur SEBAA Fethi MC_B UABB Tlemcen Examinateur MEFTAH Khouane MC_A UABB Tlemcen Année universitaire 2012-2013 دعاءدعاء اللهم بك أستعين وعليك أتوكل اللهم ذلل لي صعوبة أمري اللهمبكأستعينوعليكأتوكلاللهمذللليصعوبةأمريوسهل لي مشقته وارزقني من الخير كله أكثر مما أطلب وسهلليمشقتهوارزقنيمنالخيركلهأكثرمماأطلبواصرف عني كل شر – رب اشرح لي صدري – ويسر لي واصرفعنيكلشر–رباشرحليصدري–ويسرليأمري كله يا كريم واحلل عقدة من لساني يفقهوا قوليأمريكلهياكريم واحللعقدةمنلسانييفقهواقولي اللهم أسألك أن تيسر لي هذا الأمر.... واجعل الخيرة في اللهمأسألكأنتيسرليهذاالأمر.... واجعلالخيرةفيذلك إنك على كل شيء قديرذلكإنكعلىكلشيءقدير Dédicaces Je dédie ce modeste travail A Ma très chère Mère qui a était toujours à mes côtés ; A Mon Père qui m’a toujours guidé et soutenue ; A mes frères Lakhdar et sa femme, Zakaria, Sid Ahmed et ma sœur pour leurs soutien morale ; A mes demi-frères Mohammed, Fatima et Nour Elhouda. A mes amis intimes Mohammed, Ismail, Amin et Ahmed ; A la mémoire de mon défunt ami Zohir Ternane ; A mes amis lesquelles j’ai partagé les meilleurs moments de ma vie et mes amies qui ont toujours encouragé ; A mes amis de Bloc B de centre de formation et tous les personnes de la direction (Sonatrach – Hassi R’mel) ; A tous les membres de SMA Tlemcen et spécialement de groupe ALAQSSA de Ain Fezza et tous mes amis de Foot ; A toutes les familles MECHERNENE, BALEGU, BENNACEUR, HAMADOUCHE et KHEFFAF ; A tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin et qui me connais REMERCIEMENTS Tout d’abord, je remercie ALLAH le tout puissant pour ces faveurs et ses bontés, de m’avoir donné le courage, la volonté et la patience de terminer ce modeste travail. Je tiens à adresser mes vifs remerciements à mon encadreur monsieur HADJOUI FETHI Maitre de conférence au département de génie mécanique (faculté des sciences de l’ingénieur- université Abou Bakr BELKAID- Tlemcen) d’avoir accepté de diriger ce travail ainsi que pour son entière disponibilité, soutien et ses précieux conseils durant toute la période de l’élaboration de ce travail. Mes remerciements vont aussi à mon co-encadreur monsieur BENACHOUR MUSTAPHA Maitre de conférence au département de génie mécanique (université Abou Bakr BELKAID- Tlemcen) pour l’aide qui m’a apportée. C’est un honneur pour moi que Monsieur HADJOUI ABDELHAMID Professeur à l’université Abou Bakr Belkaid de Tlemcen, qui a accepté de présider le jury. Je remercie également messieurs SEBAA Fethi maitre de conférence au département de génie mécanique et MEFTAH Khouane, Maitre de conférence (faculté des sciences de l’ingénieur -université Abou Bakr BELKAID de Tlemcen) qu’ils ont accepté d’examiner et évaluer le contenu scientifique de ce mémoire. Mes vifs remerciements vont aussi à messieurs FILOULI.M (R. bureau d’étude service maintenance) et LACHKHEM.Y (R. service corrosion) de la direction technique (zone de production Hassi R’mel) pour leurs aides et leurs précieux conseils. Mes remerciements s’adresser à tous les professeurs de notre cursus universitaire, à centre de formation du Hassi R’mel et à tous mes amis de master ISM et MI. Et je n’oublie pas un vif remerciement à toute ma famille qui n’a jamais arrêté de me soutenir et tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce projet. 1 SOMMAIRE LISTE DES FIGURES………………………………………………………………………...V LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………………..VIII LISTE DES ABREVIATIONS………………………………………………………………IX LISTE DES SYMBOLES…………………………………………………………………….X RESUME……………………………………………………………………………………XIII ملخص ……...………………………………………………………………………………...XIV ABSTRACT ...………………………………………………………………………………XV INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………....1 CHAPITRE I PRESENTATION DU CHAMP DE HASSI R’MEL I.1. Introduction .......................................................................................................................... 3 I.2. Situation Géographique De Hassi R’mel ............................................................................. 4 I.3. Historique Du Champ De Hassi R’mel ................................................................................ 5 I.4. Présentation Du Champ De Hassi R’mel ............................................................................. 6 I.5. Carte Géométrique De Hassi R’mel Et Les Sites Des Modules .......................................... 7 I.5.1. Organisation de la direction régionale de Hassi R’mel ................................................ 7 I.6. Organisation Fonctionnelle Du MPP II ............................................................................... 9 I.6.1. Procédés de traitement du gaz .................................................................................... 10 A. Procédés « HUDSON »……………………………………………………………………………………………11 B. Procédés « PRITCHARD »…………………………………………………………………………………….11 I.6.2. Composition du gaz brut de Hassi R’mel................................................................... 11 I.6.3. Description du process .............................................................................................. 12 A. Symbolisation…………………………………………………………………………………………………………..12 B. Description du fonctionnement d’un train……………………………………………………………..12 I.7. Conclusion ......................................................................................................................... 16 CHAPITRE II. GENERALITES SUR LES ACIERS & ANOMALIES DES PIPELINES II.1. Generalites Sur Les Pipelines Et Les Aciers .................................................................... 17 2 II.1.1. Introduction ............................................................................................................... 17 II.1.2 Définition .................................................................................................................. 17 II.1.3. Caractéristiques des tubes ........................................................................................ 19 II.1.4. Les aciers .................................................................................................................. 20 II.1.5 Propriétés et caractéristiques mécanique des aciers................................................... 22 II.1.6 Contexte industriel ..................................................................................................... 24 II.1.6.1. Procédé de fabrication des tubes de pipelines……………………………………………………….24 II.2. Principales causes de defaillance des pipelines ................................................................ 28 II.2.1. Introduction ............................................................................................................... 28 II.2.2. Défaillances Des Tubes............................................................................................. 28 II.2.2.1 Les Fissures et ruptures des tubes cylindriques sous pression………………………….....31 II.2.2.2 Définition d’une fissure……………………………………………………………………………………………31 II.2.2.3. Différents types de fissures…………………………………………………………………………………….32 II.2.3 Phénomène De La Corrosion ..................................................................................... 32 II.2.3.1. Définition………………………………………………………………………………………………………………….32 II.2.3.2. Processus (types) de corrosion……………………………………………………………………………….33 II.2.3.3. Morphologie de la corrosion ………………………………………………………………………………….35 II.2.4. Erosion ...................................................................................................................... 36 II.2.4.1. Théorie de l’érosion…………………………………………………………………………………………………36 II.2.4.2. Mécanismes de l'érosion par des particules solides………………………………………………37 II.2.5. Rapport D’incidente Ligne 8" De Décharge Des PSV Vers Torche Ligne 325- 326/SCN ....................................................................................................................... 38 II.2.6. Conclusion ................................................................................................................ 43 CHAPITRE III. ETUDE BIBLIOGRAPHIE & COMPORTEMENT EN FATIGUE III.1. Introduction ..................................................................................................................... 44 III.2. Approche Théorique Sur La Mécanique Linéaire De La Rupture .................................. 45 III.2.1. Introduction ............................................................................................................. 45 3 III.2.2.Définitions ................................................................................................................ 45 III.2.3.Contraintes Mécaniques ........................................................................................... 45 A.Contraintes mécaniques et déformation………………………………………………………………………….46 B.Contraintes résiduelles………………………………………………………………………………………………………47 C.Etat de contrainte……………………………………………………………………………………………………………….47 III.2.4. Equations de la mécanique de la rupture ................................................................. 49 III.2.5.Transition Ductile-Fragile ........................................................................................ 50 A.Ductilité……………………………………………………………………………………………………………………………..50 B.Effets de la microstructure sur la rupture ductile……………………………………………………………51 C.Fragilité………………………………………………………………………………………………………………………………52 D.Différences entre le comportement ductile et la rupture fragile…………………………………….52 III.3. Etude D’un Milieu Fissuré .............................................................................................. 53 III.3.1. Modes de rupture ..................................................................................................... 54 III.3.2. Dimensionnement d’un tube sous pression concept de fuite avant rupture ............ 56 III.4. Propagation De Fissures Par Fatigue .............................................................................. 58 III.4.1. Mécanismes de fatigue ............................................................................................ 60 III.4.2. Caractérisation de la propagation de fissure ............................................................ 61 III.4.3. Paramètres influant sur le comportement en fatigue ............................................... 63 A.Paramètres d’ordre métallurgique……………………………………………………………………………………63 B.Paramètres d’ordre mécanique et géométrique……………………………………………………………….64 III.4.4. Modèles de prédiction de la durée de vie ................................................................ 65 III.5. Comportement En Fatigue Des Aciers Pipelines ............................................................ 66 III.6.Conclusion………………………………………………………………………………68 CHAPITRE VI. SIMULATON DE LA FISSURATION & RESULTAT ET DISCUSSION IV.1. Simulation De La Propagation Des Fissures Par Fatigue ............................................... 69 IV.1.1. Introduction ............................................................................................................. 69 IV.1.2. Présentation Du Code .............................................................................................. 69 IV.1.3. Modèle de paris ....................................................................................................... 78 4 IV.1.4. Matériaux D’étude ................................................................................................... 79 IV.2. Résultats Et Discussion ................................................................................................... 82 IV.2.1. Introduction ............................................................................................................. 82 IV.2.2. Effet Du Rapport De Charge R ............................................................................... 82 IV.2.3 Effet De L’amplitude De Chargement ..................................................................... 84 IV.3. Conclusion ...................................................................................................................... 86 Conclusion Générale ................................................................................................................ 87 Références Bibliographies ........................................................................................................ 89 V LISTE DES FIGURES CHAPITRE -01- Figure 1.1. Situation géographique de Hassi R’mel ........... …………………………………...4 Figure 1.2. Les secteurs et les modules du HASSI R’MEL ...................................................... 6 Figure 1.3. Organisation de la Direction régionale de Hassi R’mel .......................................... 9 Figure 1.4. Vue générale d’un module ..................................................................................... 10 Figure 1.5. Vue partielle d’un train de traitement de gaz ...................................................... 12 Figure 1.6. Description technique du train ………………………………………………………………………….15 CHAPITRE -02- Figure 2.1. Pipeline dans l’environnement…………………………………………………...18 Figure 2.2. Caractéristiques des tubes………………………………………………………...20 Figure 2.3. Microstructure de l’acier API 5L X65, analyse longitudinale avec un grossissement de X570 et de X1150………………………………………………………….21 Figure 2.4. Sens longitudinale et transversale de tube ……………………………………….23 Figure 2.5. Technique de fabrication des tubes soudés en spirale …………………………...24 Figure 2.6. L’angle d’introduction de la bande……………………………………………….25 Figure 2.7. Croquage …………………………………………………………………………25 Figure 2.8. Formage sous forme ''U'' …………………………………………………………26 Figure 2.9. Formage sous forme ''O'' …………………………………………………………26 Figure 2.10. Soudage manuelle et automatique des tubes …………………………………...26 Figure 2.11. Expansion ………………………………………………………………………27 Figure 2.12. Fabrication de pipe sans soudure « Schéma du filage sur aiguille permettant d'obtenir un tube sans soudure » ……………………………………………………………..27 Figure 2.13. Organigramme présente les grandes catégories d’endommagement……………29 Figure 2.14. Causes des ruptures de pipelines en cours d’exploitation ……………………...30 Figure 2.15. Microscopie optique sur un acier corrodé ……………………………………...33 Figure 2.16. Corrosion par piqûres…………………………………………………………...36 Figure 2.17. Corrosion intergranulaire d’un acier inoxydable………………………………..37 VI Figure 2.18. Mécanismes d'érosion par des particules………………………………………..39 CHAPITRE -03- Figure 3.1. Exemple de fissure sur une plaque ........................................................................ 46 Figure 3.2. Types de contraintes .............................................................................................. 48 Figure 3.3. Etat de contrainte ................................................................................................... 50 Figure 3.4. Rupture ductile d’un tuyau de D. moyen sous l’effet de la pression interne ......... 53 Figure 3.5. Courbes contrainte-déformation ............................................................................ 54 Figure 3.6. Les zones de champs mécaniques .......................................................................... 56 Figure 3.7. Plasticité en pointe de fissure ................................................................................. 57 Figure 3.8. Modes principaux de chargement .......................................................................... 57 Figure 3.9. Schématisation du cycle de chargement et de la géométrie. .................................. 58 Figure 3.10. Schématisation des défauts dans le tube .............................................................. 59 Figure 3.11. Courbe définissant le domaine sécurité dans le plan a–σ sous chargement monotone et en fatigue. ............................................................................................................ 60 Figure 3.12. Représentation schématique d'un chargement de fatigue ................................... 61 Figure 3.13. Amorçage de uploads/Geographie/ msgm-3.pdf