Réalisation · Bancs d'Essais & Pilotes sur Mesure

Caractériser un additif sensible au cisaillement sans dégrader l'échantillon : banc d'essai de perte de charge à faible cisaillement

Pour un acteur majeur de l'industrie des énergies, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un banc d'essai sur mesure pour quantifier l'efficacité d'agents réducteurs de traînée (DRA). L'équipement permet de mesurer la réduction de perte de charge en écoulement turbulent (jusqu'à 50 bar et 70°C) tout en préservant l'intégrité des additifs, dont la structure est très sensible au cisaillement mécanique.

Client: Un acteur majeur de l'industrie des énergies
Domaine: Oil & Gas / Dynamique des fluides
Technique: Mesure de perte de charge / Efficacité d'additifs

01 — La question de recherche

Comment mesurer l'effet d'un produit fragile sans que l'instrument ne fausse la mesure ?

De nombreux fluides et additifs, des polymères à longues chaînes aux suspensions biologiques, sont sensibles aux contraintes mécaniques. Caractériser leurs propriétés (viscosité, texture, efficacité) est un défi : l'instrument de mesure lui-même, avec ses pompes, ses vannes et ses coudes, peut cisailler et dégrader l'échantillon de façon irréversible, rendant le résultat inexploitable. La difficulté est de créer un environnement de test qui reproduit les conditions d'intérêt sans introduire les contraintes parasites qui détruisent l'échantillon.

Notre client devait quantifier la performance d'agents réducteurs de traînée (DRA) pour optimiser le transport d'hydrocarbures en pipeline. Cela imposait de simuler un écoulement turbulent à nombre de Reynolds élevé. Or, les bancs de laboratoire standards, avec leurs composants usuels, auraient détruit les molécules de polymères des DRA par cisaillement avant même leur entrée dans la section de mesure, rendant toute évaluation impossible.

Comment générer un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds, qui par nature implique un fort cisaillement dans la conduite, tout en préservant l'intégrité des molécules de DRA sensibles au cisaillement dans tout le reste du circuit, notamment lors de leur injection.

02 — Notre démarche

Notre démarche : préserver l'échantillon à chaque étape du circuit

La conception de ce banc est entièrement guidée par un impératif : garantir que le seul cisaillement significatif subi par les molécules de DRA soit celui de l'écoulement turbulent dans le tube de mesure lui-même. Chaque composant, de l'injection à la prise de pression, a été choisi ou conçu pour éliminer toute contrainte mécanique parasite.

Injecter l'additif sans l'altérer

Pour injecter des concentrations de quelques ppm d'un produit fragile dans une ligne en pression, nous avons conçu un système à déplacement positif. Son chemin fluidique élimine tous les points de cisaillement (restrictions, arêtes vives) typiques des pompes doseuses standards. L'additif est ainsi testé dans son état intègre, garantissant la fiabilité de la mesure.
Simuler un écoulement de pipeline en laboratoire

Afin de simuler une longue section de pipeline dans un volume compact, le banc utilise des tubes de test de 6 m enroulés en spires. Ces colonnes sont montées sur un support chauffant amovible et interchangeable. L'utilisateur peut ainsi explorer rapidement différentes conditions de vitesse et de cisaillement sur plusieurs diamètres, le tout dans un banc d'essai sur mesure compact et à température contrôlée.
Concevoir un circuit fluidique à passage intégral

Pour qu'aucune dégradation parasite ne vienne fausser la mesure, l'intégralité du circuit en contact avec le mélange est conçue avec des composants à passage intégral. En écartant les vannes et raccords standards qui créent des restrictions, on s'assure que la perte de charge mesurée est uniquement due à la friction dans la colonne, et non à des artéfacts.
Mesurer une très faible perte de charge avec précision

La performance du DRA est issue d'une faible différence de pression sous une pression statique élevée (50 bar). Nous avons employé un capteur de pression différentielle de haute résolution avec des prises d'impulsion courtes et directes. L'utilisateur obtient ainsi une donnée de haute fidélité, permettant une quantification fine et fiable de l'efficacité de l'additif.

03 — Au-delà de ce projet

Votre projet implique un fluide sensible au cisaillement ?

Agroalimentaire

Contrainte commune : pomper et faire circuler des produits fragiles (émulsions, sauces) sans en casser la texture.
Ce qui resterait : le principe d'un circuit à très faible cisaillement, avec une pompe seringue et des vannes à passage intégral, adapté avec des matériaux et raccords sanitaires (inox 316L, clamp).

Biotechnologies / Pharmacie

Contrainte commune : manipuler des solutions de protéines ou des suspensions cellulaires sans dénaturer les molécules ni lyser les cellules.
Ce qui resterait : la conception de la pompe d'injection de précision à faible cisaillement et le design global du circuit, adaptés à l'échelle (microfluidique) et aux matériaux biocompatibles.

Cosmétique

Contrainte commune : fabriquer des crèmes ou gels dont les propriétés dépendent de structures colloïdales sensibles au cisaillement.
Ce qui resterait : la maîtrise du cisaillement dans tout le procédé pour garantir la consistance du produit final, en adaptant la conception aux normes de propreté et de compatibilité chimique.

04 — Fiche technique

Les valeurs de ce projet. Chaque équipement étant conçu sur mesure, elles s’adaptent à votre cahier des charges.

Afficher les caractéristiques · 50 bar · 70°C · 5000 - 50000

Caractéristiques techniques — Caractériser un additif sensible au cisaillement sans dégrader l'échantillon : banc d'essai de perte de charge à faible cisaillement
Pression de service maximale	50 bar
Température de service maximale	70°C
Plage de nombre de Reynolds visée	5000 - 50000
Débit d'injection du DRA	0.002 à 2.5 cc/min
Diamètres des colonnes de test (Ø ext.)	1/8", 1/4", 1/2"
Longueur des colonnes de test	6 m
Incertitude de la mesure de pression différentielle	+/- 0.035%

IRIAN Mecatronics conçoit et fabrique des équipements haute pression et haute température sur mesure pour les laboratoires de recherche, les centres techniques et les industriels.

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05 — FAQ

Questions fréquentes

Ce banc d'essai à faible cisaillement peut-il être adapté pour des fluides alimentaires ou pharmaceutiques ?

Oui, le principe de conception est directement transposable. L'adaptation consisterait principalement à changer les matériaux en contact avec le fluide (inox 316L, PEEK, etc. avec agrément FDA/CE 1935/2004), à intégrer des raccords de type sanitaire (clamp) et à concevoir le circuit pour faciliter les procédures de nettoyage en place (CIP). Le cœur de la solution — l'injection et la circulation à très faible cisaillement — resterait identique.

Est-il possible de réaliser des tests de perte de charge à des pressions et températures plus élevées ?

Oui, la conception d'équipements haute pression et haute température est notre cœur de métier. Le principe d'un circuit à faible cisaillement reste valable, mais tous les composants (tubes, vannes, capteurs) seraient sélectionnés pour leur tenue à la pression et à la température visées, avec les matériaux adéquats (alliages de nickel, etc.). Notre expertise couvre la conception de réacteurs et cellules d'analyse HPHT dans des conditions bien plus sévères.

Peut-on intégrer d'autres types de mesures en ligne sur ce banc, comme la viscosimétrie ?

Absolument. La conception modulaire de nos équipements le permet. Il serait possible d'intégrer un viscosimètre ou un autre capteur en ligne, à condition que ce dernier soit également conçu pour ne pas générer de cisaillement parasite qui interférerait avec la mesure principale. L'automatisme et le logiciel de supervision seraient adaptés pour intégrer l'acquisition et l'enregistrement de cette nouvelle donnée.

Comment garantir la traçabilité et la répétabilité des mesures pour des études de qualification ?

La traçabilité est assurée par l'automatisme et la qualité de notre système de management. Le banc est piloté par un automate programmable qui exécute des séquences d'essai définies et enregistre en continu tous les paramètres (pressions, température, débits). En tant qu'entreprise certifiée ISO 9001, nous fournissons une documentation complète incluant les protocoles de tests d'acceptation (FAT) et les certificats d'étalonnage des capteurs.

Votre instrument de mesure dégrade votre produit et fausse vos résultats ?

Décrivez-nous votre contrainte de cisaillement et les conditions d'essais que vous visez. Notre bureau d'études analyse la faisabilité de votre projet et revient vers vous avec une proposition d'approche.

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