Réalisation · Dynamique des fluides & comportement de phase
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).
En bref
- 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.
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
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 — Caractéristiques techniques
| 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 |
04 — Autres applications
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.
Énergie / Stockage d'hydrogène
Contrainte commune : mesurer l'absorption/désorption d'hydrogène par des matériaux en fonction de la pression et de la température.
Un ingénieur de notre bureau d’études vous répond dans les meilleurs délais.