Réalisation · Pompes & systèmes d'injection de précision

Injecter un fluide corrosif à 800 bar avec une stabilité au microlitre : pompe seringue haute pression sur mesure

Pour un laboratoire de recherche en chimie fondamentale, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué une pompe seringue haute pression capable d'injecter des fluides corrosifs à 800 bar. L'équipement combine une plage de débit de cinq ordres de grandeur avec une stabilité au microlitre, là où aucun équipement standard n'existait.

Client: Laboratoire de recherche public en chimie fondamentale
Domaine: Chimie fondamentale, Géochimie
Technique: Injection contrôlée de fluides réactifs

01 — La question de recherche

Comment injecter un fluide corrosif à très faible débit et de manière stable, sous très haute pression ?

Injecter un fluide de manière stable et précise est un défi courant, mais la difficulté augmente de manière exponentielle lorsque s'y ajoutent la très haute pression, des débits extrêmement faibles et une forte corrosivité chimique. La plupart des pompes excellent sur un ou deux de ces axes : les pompes HPLC offrent la précision mais pas la résistance chimique, tandis que les pompes industrielles tiennent la pression et la corrosion mais manquent de finesse pour la microfluidique.

Dans ce projet, un laboratoire cherchait à simuler en continu les conditions des sources hydrothermales abyssales pour des recherches sur l'origine de la vie. Il fallait injecter des saumures concentrées et des gaz corrosifs dissous dans une cellule d'expérimentation à 800 bar, avec une plage de débit allant de la purge rapide à l'injection quasi-statique sur plusieurs jours. Aucun équipement sur catalogue ne pouvait combiner ces quatre contraintes simultanément.

Le verrou technique était de concilier la force mécanique immense nécessaire pour pousser un fluide à 800 bar avec la finesse de contrôle d'un mécanisme capable de réguler un débit stable à l'échelle du nanolitre par seconde.

02 — Notre démarche

La démarche de conception : quatre contraintes, quatre solutions

La conception de cet équipement a répondu à quatre exigences critiques et interdépendantes : la résistance aux fluides, la précision du pilotage sur une large plage, la flexibilité expérimentale et la sécurité des opérateurs.

Garantir la pureté des échantillons face à la corrosion

Les fluides (saumures, gaz dissous) étaient très agressifs. Pour éviter toute contamination des expériences et assurer la durabilité, nous avons sélectionné un alliage unique, l'Hastelloy C-276, pour toutes les pièces en contact. L'utilisateur a ainsi la garantie que ses résultats ne sont pas biaisés par un relargage métallique.
Maîtriser une plage de débit de cinq ordres de grandeur

Pour couvrir la plage de 0.1 µL/min à 60 mL/min, le principe retenu est un entraînement motorisé surdimensionné pour la force, piloté par une électronique de commande à très haute résolution pour la finesse. Cet asservissement précis permet au chercheur de passer d'une expérience microfluidique à une purge rapide avec un seul et même système d'injection de précision.
Permettre l'adaptation aux protocoles de recherche futurs

Un équipement de recherche doit pouvoir évoluer. Plutôt qu'un design monolithique, nous avons conçu un bâti acceptant des corps de seringue interchangeables. Le chercheur peut ainsi monter un petit volume pour atteindre la pression maximale avec des produits coûteux, ou un grand volume pour des tests de longue durée à pression modérée.
Assurer la sécurité de l'opérateur à 800 bar

Une telle pression représente un danger énergétique majeur. La sécurité repose sur trois niveaux indépendants : une protection physique contre les projections, une sécurité matérielle câblée qui coupe la puissance en cas de défaut, et des limites logicielles. Cette redondance est essentielle pour toute simulation d'environnements extrêmes.

03 — Au-delà de ce projet

Votre projet ressemble-t-il à cette étude de cas ?

Énergie (captage CO2, hydrogène)

La contrainte commune est l'injection contrôlée de fluides supercritiques ou de gaz à très haute pression. Le principe d'un entraînement mécanique puissant avec une commande de précision resterait, tout comme le besoin de matériaux spécifiques (compatibilité H₂, H₂S), mais les certifications (ATEX) pourraient changer.

Pharmacie (synthèse en flux continu)

Le besoin de dosage très précis dans des réacteurs microfluidiques sous pression est similaire. La haute stabilité du débit et la commande moteur haute résolution seraient conservées, mais les matériaux (inox pharma, PEEK) et les exigences de nettoyabilité (GMP, FDA) seraient différents.

Géosciences (oil & gas)

Pour l'étude de la récupération assistée du pétrole, la capacité à maintenir pression et débit stables sur de longues durées est clé. La robustesse et la résistance à la corrosion restent pertinentes, comme dans notre banc de 6 réacteurs HPHT en Hastelloy, mais la gestion de la contre-pression et la régulation en température seraient à ajouter.

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 · 800 bar · 0.1 µL/min à 60 mL/min · 0.05 µL/min

Caractéristiques techniques — Injecter un fluide corrosif à 800 bar avec une stabilité au microlitre : pompe seringue haute pression sur mesure
Pression maximale de service	800 bar
Plage de débit	0.1 µL/min à 60 mL/min
Stabilité du débit	0.05 µL/min
Volumes de seringue	10 mL (à 800 bar) et 25 mL (à 340 bar)
Matériau des parties en contact	Hastelloy C-276

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 pompe haute pression peut-elle fonctionner à haute température ?

Oui, le principe de la pompe peut être adapté pour un fonctionnement à haute température. Cela implique une analyse thermique pour sélectionner les matériaux adéquats (joints, corps de pompe) et potentiellement isoler ou refroidir le système d'entraînement motorisé. Le dimensionnement mécanique et les sécurités sont alors revus en fonction de la température de consigne.

Peut-on utiliser cette pompe pour injecter des gaz supercritiques ou des fluides visqueux ?

Oui, l'architecture est compatible. Pour les gaz supercritiques, le choix des matériaux et des joints est critique pour assurer l'étanchéité. Pour les fluides visqueux, la puissance du système d'entraînement est l'atout majeur ; le dimensionnement du moteur et du réducteur sera adapté pour fournir le couple nécessaire tout en conservant la précision du débit.

Est-il possible d'adapter ce modèle de pompe seringue pour des pressions supérieures à 800 bar ?

Oui, mais cela constitue un nouveau projet de conception. Atteindre des pressions supérieures (UHP) impose un redimensionnement complet des parties sous pression (corps, piston, raccords) conformément à la Directive Équipements Sous Pression (DESP). Le bâti et le système de poussée doivent également être renforcés, mais le principe de commande de précision reste le même.

Comment cette pompe seringue s'intègre-t-elle dans un banc d'essai existant ?

L'intégration est une partie intégrante de nos projets. La pompe est livrée avec son logiciel de pilotage, mais notre bureau d'études en automatisme peut aussi fournir les drivers (ex: LabVIEW) ou mettre en place un protocole de communication standard (ex: Modbus TCP/IP) pour que vous puissiez la commander depuis votre propre système de supervision.

Votre équipement actuel limite votre plage de débit ou votre pression de travail ?

Décrivez-nous votre contrainte de pression, de débit et de compatibilité chimique. Notre bureau d'études analyse la faisabilité de votre projet et revient vers vous avec une proposition technique.

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