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Recherche & Développement

Équipements pour le CO₂ supercritique

Pour les chercheurs et ingénieurs qui étudient les phénomènes en milieu CO₂ liquide ou supercritique, nous concevons et fabriquons des bancs d'essais sur mesure. Nos équipements permettent de reproduire les conditions de vos procédés pour observer les changements de phase, mener des réactions, simuler le stockage géologique ou caractériser la corrosion.

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01 — Les problèmes que nous résolvons

Vos essais en CO₂ supercritique

Le CO₂ supercritique présente des défis uniques, de sa forte compressibilité à sa corrosivité en milieu humide. Chaque carte décrit une difficulté expérimentale et les solutions que nous avons déjà construites pour y répondre.

Observer les changements de phase du CO₂ sous pression

Pour mesurer un point de bulle ou de rosée, il faut visualiser la disparition de l'interface liquide-gaz. L'essai exige une cellule à hublots parfaitement étanche, capable de supporter la pression, et un pilotage fin du volume et de la température pour contrôler précisément la transition de phase et la mesurer.

Réalisé pour

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Mener des réactions et extractions en milieu supercritique

Une réaction en milieu supercritique requiert de maintenir une pression et une température stables sur de longues durées. Il faut assurer un mélange efficace sans compromettre l'étanchéité, notamment avec une agitation mécanique, et pouvoir prélever des échantillons représentatifs sans perturber l'équilibre thermodynamique de l'essai en cours.

Réalisé pour

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Simuler le stockage géologique du CO₂ (CCUS)

La simulation du stockage géologique impose de maintenir des conditions HPHT représentatives d'un réservoir pendant des semaines ou des mois. L'équipement doit garantir une stabilité absolue, résister à la corrosion par le CO₂ humide, et permettre la mesure de phénomènes lents comme la percolation ou les interactions fluide-roche.

Réalisé pour

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Maîtriser la corrosion en milieu CO₂ humide

Le CO₂ dissous dans l'eau forme de l'acide carbonique, très corrosif pour les aciers standards. Pour que la mesure porte sur l'échantillon et non sur la dégradation du banc, toutes les parties en contact avec le fluide doivent être usinées dans des alliages nobles comme l'Hastelloy, le titane ou le super duplex.

Réalisé pour

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02 — Sur mesure

Conceptions sur mesure pour le CO₂

Chaque équipement est adapté aux conditions spécifiques de l'essai. Voici quelques exemples de conceptions dédiées aux particularités du CO₂.

Pompes et skids d'injection de CO₂

Pour injecter du CO₂ à débit ou pression constants, il faut contrer sa forte compressibilité et sa tendance à se vaporiser. Nos conceptions intègrent des solutions comme le refroidissement des têtes de pompe pour maintenir le CO₂ en phase liquide dense, garantissant ainsi la stabilité et la précision de l'injection.

Adaptation du refroidissement, du volume, de la pression, du débit et du mode de pilotage (débit ou pression).

Cellules à visualisation et à volume variable

Observer le comportement de phase du CO₂ et de ses mélanges requiert d'intégrer des hublots, une variation de volume et une agitation dans une même enceinte HPHT. La conception sur mesure permet d'adapter la géométrie, les matériaux et la technologie de chaque fonction aux contraintes de l'essai.

Adaptation des hublots (saphir, visibilité totale), des volumes, des matériaux et de la méthode d'agitation.

Réacteurs en continu ou agités

Mener des réactions en milieu CO₂ supercritique impose une conception spécifique pour l'alimentation en réactifs, le mélange, le prélèvement et la collecte des produits sous pression. Chaque réacteur est conçu pour un type de réaction, avec une instrumentation et un automatisme dédiés.

Adaptation de la pression, de la température, de l'alimentation en CO₂ et en réactifs, et du mode de collecte.

Bancs de stockage et de corrosion

L'étude des interactions à long terme entre le CO₂, l'eau et des matériaux exige des équipements stables sur plusieurs mois et fabriqués en alliages résistants à la corrosion. La conception intègre la possibilité de tester plusieurs échantillons en parallèle dans des conditions strictement identiques.

Adaptation des matériaux, du nombre d'échantillons testés en parallèle et de la durée d'essai.

03 — Mesures

Grandeurs mesurées

Les bancs d'essais sont instrumentés pour acquérir les données nécessaires à la compréhension des phénomènes étudiés.

Pression, température

Ce sont les paramètres fondamentaux qui définissent l'état thermodynamique du CO₂, notamment son passage à l'état supercritique. Leur contrôle et leur mesure précise sont la base de toute expérimentation fiable.

Volume injecté, débit, masse volumique

La quantification précise de la matière est essentielle pour les bilans matière, les études cinétiques ou les calculs de perméabilité. Elle repose sur des systèmes d'injection conçus pour la forte compressibilité du CO₂.

Observation par caméra

La détection visuelle des changements de phase (point de bulle, point de rosée, transition supercritique, formation d'hydrates) est souvent la méthode la plus directe. Elle est rendue possible par l'intégration de hublots en saphir dans les cellules et réacteurs.

Perméabilité

La mesure de la capacité d'une roche à se laisser traverser par le CO₂ est un paramètre clé pour le stockage géologique. Elle est déterminée en mesurant la perte de charge à travers un échantillon pour un débit d'injection connu.

Compositions prélevées

Le suivi de l'avancement d'une réaction ou d'une extraction passe par l'analyse de la composition des fluides. Nos systèmes permettent de prélever des échantillons sous pression sans perturber les conditions de l'essai.

04 — Réalisations

Nos réalisations en CO₂ supercritique

7 réalisations

High-pressure mechanochemistry reactor on its frame, horizontal position Pilotes de procédés & développement chimique Mener des réactions de mécanochimie sous 250 bar : réacteur rotatif haute pression sur mesure Conception d'un réacteur de mécanochimie rotatif pour la recherche en chimie des matériaux. Cet équipement sur mesure permet le broyage par billes en milieu… Vue 3D d'une cellule à volume variable motorisée de 50 mL, 500 bar Dynamique des fluides & comportement de phase Cellule à volume variable titane 500 bar / 150°C pour la recherche sur fluides HP Conception d'une cellule HPHT de 50 mL en titane pour l'étude du comportement de phase de fluides à 500 bar / 150°C. Une solution… Pilotes de procédés & développement chimique200 bar300°CProjet confidentiel · photo non diffusée Pilotes de procédés & développement chimique Réacteurs de flux pressurisés pour la recherche sur le captage de CO2 (CCUS) Plateforme (tubulaire & CSTR) pour la recherche sur le captage de CO2 (200 bar, 300°C). Démonstrateur portable de CO2 supercritique dans son enceinte de protection transparente Dynamique des fluides & comportement de phase Cellule de démonstration pour CO2 supercritique Conception et fabrication d'une cellule de visualisation haute pression (80 bar) portable et autonome pour le secteur de l'énergie. L'équipement, contenu dans une mallette,… Ingénieurs intégrant un châssis de plusieurs cellules haute pression dans le laboratoire du client Géoscience & étude du sous-sol Maîtrise de la corrosion carbonique sous 140 bar : Ingénierie d’un banc de caractérisation en Hastelloy C-276 Banc d'essai multi-échantillons sur mesure pour la mesure de perméabilité en conditions extrêmes (140 bar, 130°C). Sa conception en Hastelloy garantit l'intégrité de la… Cellule HPHT à piston flottant de 5 L sur châssis mobile pivotant Géoscience & étude du sous-sol Cellules à piston flottant 1200 bar pour l’étude des fluides de réservoir HPHT Nous avons conçu des cellules à piston flottant HPHT 1200 bar (jusqu'à 5L) pour l'étude des fluides de réservoir. En Super Duplex F53, elles… Réacteur haute pression à colonne saphir sur son support pivotant Dynamique des fluides & comportement de phase Colonne saphir 120 bar sur mesure pour l’étude des hydrates de gaz Réacteur modulaire 120 bar avec colonne saphir pour visualiser la formation d'hydrates en milieu corrosif. La conception permet d'alterner entre une configuration milieu poreux…

05 — Notre démarche

Notre démarche : de la question scientifique au banc d'essai

Chaque projet est une collaboration étroite avec le chercheur pour traduire une problématique expérimentale en un équipement fonctionnel, sûr et pérenne.

  1. Comprendre le phénomène

    Notre bureau d'études part de votre objectif scientifique et des défis propres au CO₂ : forte compressibilité, corrosion, décompression explosive. Cette analyse initiale est la clé pour définir les spécifications fonctionnelles du futur équipement et choisir les bonnes technologies.

  2. Concevoir la réponse technique

    Nous traduisons le cahier des charges en une solution technique complète. Cela implique la conception mécanique (DESP), le choix des matériaux (Hastelloy, titane), l'instrumentation, et le développement de l'automatisme pour un pilotage précis et sécurisé de votre essai.

  3. Prouver la solution

    L'équipement est entièrement assemblé et testé dans notre usine de Morlaàs (FAT) pour valider ses performances et sa sécurité avant expédition. Nous assurons ensuite la mise en service sur votre site et la formation des opérateurs pour garantir une prise en main rapide et efficace.

Pour approfondir, consultez nos pages sur la simulation d'environnements extrêmes, l'étude des géosciences & étude du sous-sol ou les systèmes d'injection HPHT. Notre expertise couvre aussi les pilotes de procédés et les réacteurs sur mesure.

Ils nous font confiance

  • CNRS
  • CEA
  • BRGM
  • Ifremer
  • EDF
  • TotalEnergies
  • Michelin
  • CETIM
  • Centrale Lille
  • Université de Pau et des Pays de l'Adour
  • Sonatrach
  • Saudi Aramco
  • université de Nanchang
  • Adisseo
  • Lafarge
  • MDS
  • MIO – Institut méditerranéen d'océanologie
  • IRT Saint Exupéry
  • IRD – Institut de recherche pour le développement
  • Groupe INSA
  • Aix-Marseille Université
  • logo-icmcb

06 — FAQ

Questions fréquentes

Vos pompes sont-elles réellement adaptées à la forte compressibilité du CO₂ ?

Oui, nos systèmes d'injection sont spécifiquement conçus pour cela. Nous intégrons des solutions comme le refroidissement des têtes de pompe et des cylindres pour maintenir le CO₂ en phase liquide dense. Cela garantit un débit massique ou volumique précis et stable, sans les problèmes de vaporisation qui affectent les pompes standards.

Comment garantissez-vous la sécurité avec des pressions qui dépassent 74 bar ?

La sécurité est au cœur de notre processus de conception, en conformité avec la Directive Équipements Sous Pression (DESP). Chaque banc d'essai intègre plusieurs niveaux de protection : des sécurités matérielles comme les soupapes de sûreté, et des sécurités logicielles programmées dans l'automate (interlocks). L'ensemble est validé lors des tests d'acceptation en usine (FAT).

Quelle est la durée de vie des joints en contact avec le CO₂ supercritique ?

Elle dépend de la sélection du bon matériau et de la maîtrise des cycles de pression. Nous utilisons des élastomères spécifiques, reconnus pour leur résistance à la décompression explosive du CO₂. De plus, nous pouvons intégrer dans l'automate des séquences de dépressurisation contrôlée qui ménagent les joints et maximisent leur longévité.

Peut-on étudier d'autres fluides supercritiques que le CO₂ sur ces équipements ?

Oui, c'est souvent possible, bien que la conception soit optimisée pour les défis du CO₂. La compatibilité des matériaux (Hastelloy, titane…) et les performances haute pression et haute température de nos équipements permettent d'étudier d'autres fluides. La faisabilité pour un fluide spécifique doit cependant être validée au cas par cas par notre bureau d'études.

Vous devez mener un essai en milieu CO₂ supercritique ?

Décrivez-nous le phénomène que vous souhaitez étudier et les conditions à reproduire. Notre bureau d'études reviendra vers vous pour échanger sur une solution technique.

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