Réalisation · Pompes & Systèmes d'Injection de Précision

Observer et agiter un fluide à 500 bar dans 50 mL : cellule HPHT à volume variable en titane

Pour un centre de recherche public en chimie des matériaux, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué une cellule HPHT de 50 mL. Cet équipement sur mesure permet d'étudier le comportement de phase de fluides sous 500 bar et 150°C, avec observation visuelle intégrale et agitation en milieu chimiquement inerte (CO2).

Client: Centre de recherche public en chimie des matériaux
Domaine: Chimie des matériaux
Technique: Comportement de phase, visualisation sous pression

01 — La question de recherche

Comment caractériser un fluide sous haute pression dans un volume réactif minimal, avec agitation et observation directe ?

L'étude du comportement de phase de fluides (liquides, gaz, CO2) en conditions extrêmes exige souvent de combiner plusieurs fonctionnalités dans un même équipement : maintenir une pression et une température stables, assurer l'homogénéité de l'échantillon, observer les phénomènes en temps réel et garantir une inertie chimique parfaite. La difficulté s'accroît lorsque le volume disponible pour l'échantillon est très faible, ce qui concentre les contraintes mécaniques et thermiques sur un espace réduit.

Dans ce projet, un laboratoire devait mener ces études sur des volumes de 50 mL à 500 bar et 150°C, avec une compatibilité totale au CO2. Les réacteurs de laboratoire ou cellules PVT standards ne combinent pas toutes ces contraintes : corps en titane, très faible volume, agitation interne, fenêtre de visualisation couvrant tout le volume, et maintenance fréquente facilitée. Les solutions du commerce sont soit trop spécialisées (cellule PVT sans agitation, réacteur agité sans visualisation complète), soit inadaptées au niveau des matériaux (acier inoxydable).

Intégrer une agitation magnétique, une fenêtre de visualisation intégrale et de multiples connexions dans un corps en titane de seulement 50 mL capable de supporter 500 bar, sans compromettre la fiabilité des étanchéités critiques ni la facilité de maintenance.

02 — Notre démarche

Une conception guidée par la fiabilité et la maintenabilité

La conception de la cellule repose sur trois choix techniques qui répondent directement aux points de défaillance des équipements standards dans ces conditions d'utilisation intensives.

Sécuriser la pressurisation et le maintien du volume

Pour garantir une pression stable sur de longues durées et sécuriser l'essai en cas de coupure de courant, nous avons retenu une transmission de puissance mécanique non-réversible. Contrairement à un entraînement direct, le système se bloque en position en l'absence de couple moteur. La pression est maintenue passivement, sauvegardant l'essai sans dépendre d'un frein de sécurité actif.
Simplifier la maintenance en dissociant les fonctions

Le démontage d'un hublot saphir pour le nettoyage est une opération à risque pour le joint HP. Nous avons conçu un montage à double bride : la première, externe, assure le serrage et l'étanchéité du saphir, et n'est jamais touchée en routine. La seconde permet l'accès à la cellule pour le nettoyage. Le risque d'endommager le joint critique est ainsi éliminé.
Garantir l'étanchéité par un entraînement sans contact

Introduire une agitation dans une enceinte à 500 bar crée un point de fuite potentiel. Pour l'éviter, le couple est transmis par couplage magnétique à travers une membrane en titane. Ce principe élimine tout passage d'arbre mécanique et tout joint tournant dynamique, assurant une étanchéité absolue et une fiabilité maximale, même en présence de fluides corrosifs comme le CO2.

03 — Au-delà de ce projet

Votre projet ressemble-t-il à cette application ?

Pharmacie / Synthèse de principes actifs

Contrainte commune : réactions en milieu supercritique (CO2) dans de petits réacteurs, exigeant observation, agitation et inertie chimique. Ce qui resterait identique : le principe de la cellule HP à volume variable, l'agitation magnétique sans joint, la visualisation sous pression et la compatibilité CO2.

Géosciences / Étude de fluides de réservoir

Contrainte commune : analyser le comportement de phase (PVT) d'hydrocarbures ou de fluides de séquestration de CO2 en conditions de fond. Ce qui resterait identique : la cellule HPHT, le contrôle précis du volume/pression, la visualisation et l'agitation. Un équipement voisin est notre Réacteur HPHT Multi-Mode pour Géochimie Corrosive.

Énergie / Stockage d'hydrogène

Contrainte commune : mesurer l'absorption/désorption d'hydrogène par des matériaux en fonction de la pression et de la température. Ce qui resterait identique : le principe de la cellule à volume variable pour un contrôle précis de la quantité de gaz, la régulation de température et la sécurité intrinsèque.

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 · 500 bar · 50 mL · 3 °C à 150 °C

Caractéristiques techniques — Observer et agiter un fluide à 500 bar dans 50 mL : cellule HPHT à volume variable en titane
Pression de service maximale	500 bar
Volume maximal	50 mL
Plage de température de service	3 °C à 150 °C
Matériaux en contact avec le fluide	Titane Ti-6Al-4V ELI (Grade 23), FFKM, PEEK, PTFE
Plage de vitesse d'agitation	50 à 1000 tr/min
Plage de débit (variation de volume)	1 µL/min à 20 mL/min
Connexions hydrauliques	4 piquages 1/16" type Valco

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

Cette cellule en titane peut-elle opérer à des pressions et températures plus élevées, par exemple 1000 bar et 300°C ?

Oui, le principe de conception peut être adapté à des conditions plus sévères. Atteindre 1000 bar et 300°C nécessiterait un redimensionnement complet du corps de la cellule et des brides, ainsi qu'une sélection de matériaux et de joints adaptés (par exemple, des alliages de nickel et des joints métalliques). Les principes clés comme l'agitation magnétique et la pressurisation à sécurité intrinsèque resteraient valides.

Comment adapteriez-vous ce réacteur pour travailler avec des fluides très corrosifs comme H2S ?

L'adaptation principale consisterait à changer le matériau de construction. Le titane serait remplacé par un alliage de nickel comme l'Hastelloy C-276 ou l'Inconel, connus pour leur excellente résistance à la corrosion acide (H2S). La conception resterait très similaire, car les principes d'étanchéité (agitation magnétique, hublot à double bride) sont indépendants du matériau et particulièrement adaptés aux fluides dangereux.

Est-il possible de réaliser une cellule similaire avec un volume plus grand, par exemple 1 litre ?

Oui, nos réacteurs et cellules sont toujours conçus sur mesure. Augmenter le volume à 1 litre est tout à fait réalisable. Cela impliquerait un redimensionnement de toutes les parties sous pression et de l'agitateur magnétique pour garantir une homogénéisation efficace. Le principe d'une visibilité intégrale deviendrait en revanche plus complexe et coûteux à mettre en œuvre sur un grand volume à haute pression.

Une version de cet équipement peut-elle être certifiée ATEX pour une utilisation en zone explosive ?

Oui, tous nos équipements peuvent être conçus pour une conformité ATEX. Cela implique d'intégrer des composants certifiés (moteurs, capteurs, instrumentation) et de suivre des règles de conception spécifiques pour éviter tout point chaud ou source d'ignition. L'ensemble du système, y compris l'armoire de commande, serait alors conçu et certifié pour l'environnement de travail spécifié, comme sur notre banc autoclave pour gaz inflammables.

Votre équipement actuel limite vos conditions d'essai en pression, température ou compatibilité chimique ?

Décrivez-nous votre contrainte, même si elle semble hors standard. Notre bureau d'études analyse la faisabilité de votre projet et revient vers vous avec une proposition technique.

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