Réalisation · Dynamique des fluides & comportement de phase
Visualiser un micro-écoulement à -70°C et 1000 bar : conception d'une cellule d'observation cryogénique haute pression
Pour un centre de recherche de pointe d'un acteur majeur de l'énergie, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un banc d'essai permettant de visualiser des micro-écoulements sous 1000 bar et à -70°C. L'équipement sur mesure lève le verrou de l'observation optique en conditions cryogéniques haute pression, en prévenant toute formation de givre sur le hublot.
En bref
- Client
- Un centre de recherche de pointe d'un acteur majeur de l'énergie
- Domaine
- Dynamique des fluides
- Technique
- Visualisation de changements de phase en micro-écoulement
01 — La question de recherche
Comment visualiser et caractériser un fluide en micro-écoulement sous pression cryogénique ?
Étudier le comportement de phase des fluides en conditions extrêmes est essentiel pour valider des modèles et développer de nouvelles technologies dans l'énergie, la chimie ou les géosciences. Cela implique souvent de reproduire en laboratoire des combinaisons de contraintes (pression, température) qui sortent du cadre des équipements standards. Dans ce projet, l'objectif était de simuler des conditions de gisement profond à l'échelle micrométrique : injecter un fluide jusqu'à 1000 bar dans un réseau microfluidique, le refroidir à -70°C, et observer en direct les phénomènes de cristallisation ou de changement de phase. Aucun équipement de laboratoire ne combine une telle pression, un refroidissement cryogénique localisé et une visualisation optique claire.
Maintenir une visualisation optique parfaite d'un réseau microfluidique à -70°C, sans givre ni condensation, tout en le soumettant à une pression interne de 1000 bar.
02 — Notre démarche
La démarche de conception : du problème aux solutions
Refroidir localement et sans vibrations
Atteindre -70°C de manière stable sur une très petite surface est un défi. Nous avons retenu un refroidissement thermoélectrique à état solide, appliqué directement au support de l'échantillon. Contrairement aux systèmes à azote liquide ou aux groupes froids mécaniques, cette solution est compacte, réactive et ne génère aucune vibration susceptible de perturber les mesures optiques ou les micro-écoulements.
Garantir une observation sans givre
À -70°C, l'humidité ambiante gèle instantanément sur le hublot de visualisation, le rendant opaque. Pour garantir une observation continue, le réseau microfluidique et le hublot sont isolés dans une chambre étanche, maintenue sous une légère surpression de gaz sec. Cette solution est plus fiable qu'un simple balayage et assure une fenêtre d'observation parfaitement claire, comme pour notre cellule saphir haute pression.
Assurer l'étanchéité à 1000 bar et -70°C
Garantir l'étanchéité à 1000 bar exige des matériaux et des raccords capables de supporter un choc thermique et des températures de -70°C sans devenir cassants. Nous avons sélectionné des matériaux et une technologie de raccordement standards éprouvés pour ces conditions, écartant le développement de raccords propriétaires.
03 — Caractéristiques techniques
| Pression maximale d'injection | 1000 bar |
|---|---|
| Température d'utilisation minimale | -70°C |
| Dimensions du réseau microfluidique compatible | 30 x 20 x 1.175 mm |
| Connectique haute pression | 4 piquages 1/16" VALCO |
| Pression de service de la chambre d'inertage | 0.2 bar (max) |
| Instrumentation de température | 2 sondes PT1000 |
04 — Autres applications
Votre projet ressemble à celui-ci ?
Pharmacie / Biochimie
Pour étudier la cristallisation de principes actifs, le principe de refroidissement localisé et de visualisation sans givre est directement transposable. Les matériaux en contact seraient adaptés à la biocompatibilité (Hastelloy, PEEK) et les gammes de pression ajustées au besoin.
Science des matériaux
L'observation de transitions de phase sur des polymères bénéficie du même contrôle thermique précis en environnement contrôlé. La géométrie du porte-échantillon et l'intégration de capteurs additionnels (contrainte, optique) seraient adaptées à la nature des mesures à réaliser.
Aérospatial
Pour tester des fluides (carburants, lubrifiants) en conditions cryogéniques, la combinaison haute pression / basse température et la robustesse de la conception sont des acquis. Le circuit serait adapté aux débits et aux mesures spécifiques (viscosité, point de trouble).
Un ingénieur de notre bureau d’études vous répond dans les meilleurs délais.