Réalisation · Géoscience & étude du sous-sol
Mesurer la perméabilité d’une roche à 500°C sous 500 bar en milieu corrosif : conception d’un perméamètre HP/HT sur mesure
Pour un institut de recherche public en géosciences, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un perméamètre haute pression, haute température (HP/HT). Cet équipement sur mesure permet de mesurer la perméabilité d'échantillons de roche sur de longues durées, dans des conditions extrêmes (500 bar, 500°C) et en présence de fluides aqueux agressifs.
01 — La question de recherche
Comment mesurer la perméabilité d'un matériau poreux en conditions HP/HT et en présence de fluides corrosifs ?
La mesure de la perméabilité d'une roche consiste à faire percoler un fluide à travers un échantillon et à mesurer la perte de charge qui en résulte. Maintenir ces conditions de manière stable et reproductible devient un défi majeur lorsque la pression et la température augmentent, et plus encore quand les fluides sont corrosifs. La conception de l'équipement doit alors garantir une étanchéité parfaite, une compatibilité chimique des matériaux et une mesure précise de la température au cœur de l'expérience, car celle-ci conditionne la viscosité du fluide et donc le résultat du calcul.
Notre client avait besoin de simuler les conditions de réservoirs géothermiques ou de sites de stockage de CO2, impliquant des températures de 500°C, des pressions de 500 bar et des fluides agressifs (acides, bases). Les perméamètres de catalogue n'atteignent pas simultanément de tels niveaux de pression et température, et surtout, leurs technologies d'étanchéité (polymères, élastomères) et leurs matériaux standards ne résistent pas à la corrosion à chaud par des fluides aqueux.
Maintenir une étanchéité parfaite et durable autour d'un échantillon de roche, tout en le soumettant à une pression et une température très élevées avec des fluides corrosifs, sans compromettre la précision de la mesure ni la sécurité de l'opérateur.
02 — Notre démarche
Une conception guidée par la précision de la mesure et l'ergonomie de l'opérateur
La conception de ce perméamètre repose sur trois décisions clés pour répondre aux contraintes de température, de corrosion et de manipulation en série.
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Inverser l'architecture de la cellule pour sécuriser et accélérer la manipulation
Les cellules HP/HT classiques imposent de manipuler un lourd couvercle. Pour faciliter les essais en série, nous avons inversé cette architecture : le bouchon supérieur est fixe, et c'est le corps de la cellule qui descend. L'opérateur accède à l'échantillon directement et sans soulever de charge, ce qui sécurise et accélère les changements.
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Instrumenter au cœur de l'échantillon pour une mesure de température fiable
La température du fluide est critique pour le calcul de perméabilité. Une mesure sur la paroi externe serait imprécise. Nous avons donc intégré trois thermocouples au plus près de la roche, dont deux dans le fluide. L'utilisateur connaît la température réelle et élimine une source d'erreur majeure dans son calcul.
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Garantir l'étanchéité à 500°C avec des joints sans polymère
À 500°C, les joints polymères sont détruits. Pour garantir l'étanchéité à 500 bar, nous avons mis en œuvre une technologie basée sur des joints en graphite comprimé. Cette solution, qui a fait ses preuves sur nos réacteurs pour essais de corrosion, permet à l'équipement d'opérer sur toute sa plage de fonctionnement en toute sécurité.
03 — Au-delà de ce projet
Votre projet ressemble-t-il à l'une de ces applications ?
Énergie géothermique
Pour évaluer la performance d'un réservoir, il est crucial de mesurer l'évolution de la perméabilité de roches soumises à des saumures chaudes et corrosives. L'architecture de la cellule HP/HT, les matériaux résistants à la corrosion et la mesure de température au cœur de l'échantillon resteraient pertinents.
Stockage de déchets nucléaires
L'étude du comportement à long terme de matériaux de confinement (argiles, bétons) exige de maintenir des conditions stables sur de longues durées. La capacité de ce banc à opérer avec des fluides spécifiques et à assurer des mesures de faibles débits serait directement transposable.
Production d'hydrogène haute température
La caractérisation de matériaux d'électrodes en contact avec de la vapeur d'eau surchauffée est un enjeu clé. Le principe de la cellule, le système de chauffe précis et l'étanchéité haute température seraient conservés, en adaptant les matériaux pour une compatibilité hydrogène.
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 · 500 °C · Ø 1.5" x 3" (Ø 38.1 x 76.2 mm)
| Pression d'utilisation | 500 bar |
|---|---|
| Température d'utilisation | 500 °C |
| Dimensions de l'échantillon | Ø 1.5" x 3" (Ø 38.1 x 76.2 mm) |
| Matériaux en contact avec le fluide de pore | Inconel 625 |
| Matériau corps de cellule et bouchons | 316LN |
| Pompe d'injection (amont) | 0.1 µL/min à 105 mL/min, 517 bar max, volume 223.5 mL |
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 type de perméamètre peut-il être utilisé avec des gaz comme le CO2 ou l'hydrogène à 500°C ?
Oui, l'architecture générale du perméamètre est adaptable aux gaz. Pour le CO2 supercritique, les matériaux comme l'Inconel 625 sont bien adaptés. Pour l'hydrogène, une étude de compatibilité des matériaux serait nécessaire pour prévenir la fragilisation à haute température. Le principal changement concernerait le système de gestion de fluide, qui utiliserait des régulateurs de débit massique et des surpresseurs plutôt que des pompes à seringue.
Est-il possible de concevoir un banc de perméabilité pour des pressions et températures encore plus élevées ?
Oui, la conception d'équipements pour des conditions supérieures à 500 bar et 500°C fait partie de notre cœur de métier. Cela implique une analyse mécanique plus poussée conformément à la Directive Équipements Sous Pression (DESP), le choix de nuances d'acier ou d'alliages spécifiques et des épaisseurs de paroi plus importantes. Les principes d'instrumentation précise et d'ergonomie restent applicables.
L'équipement peut-il accueillir des échantillons de roche de plus grande taille ou de forme différente ?
Absolument. En tant que conception sur mesure, les dimensions de la cellule sont adaptées à la taille de l'échantillon requise par le client. Une augmentation de la taille de l'échantillon entraîne une réévaluation complète de la mécanique de la cellule, du système de chauffe et du bâti. L'architecture inversée est d'ailleurs d'autant plus pertinente pour manipuler des échantillons plus lourds.
Comment la mesure de perméabilité est-elle automatisée sur ce type de banc d'essai ?
Le banc est piloté par un système de contrôle-commande qui automatise l'ensemble du processus. Il gère les consignes de pression et de température, le débit d'injection de la pompe, et enregistre en continu les données des capteurs. Des séquences d'essai peuvent être programmées pour des expériences autonomes de longue durée, validées lors des tests d'acceptation en usine (FAT).
Votre équipement actuel atteint ses limites en température, pression ou compatibilité chimique ?
Décrivez-nous votre contrainte et les conditions d'essais que vous souhaitez atteindre. Notre bureau d'études analyse la faisabilité de votre projet et revient vers vous avec une proposition d'approche.
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