Réalisation · Géoscience & étude du sous-sol
Caractériser la déformation des roches sous conditions extrêmes : cellule d'essai triaxial haute pression sur mesure
Pour un grand centre de recherche universitaire en géosciences, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué une cellule d'essai triaxial haute pression et haute température. L'équipement reproduit les conditions géologiques profondes (150 MPa, 150°C) pour mesurer avec une résolution micrométrique la déformation et la perméabilité d'échantillons de roche en présence de fluides corrosifs.
En bref
- Client
- Grand centre de recherche universitaire en géosciences
- Domaine
- Géosciences, Mécanique des roches
- Technique
- Essais triaxiaux HPHT, mesure de perméabilité, caractérisation mécanique
01 — La question de recherche
Comment caractériser le comportement d'un matériau poreux sous contraintes multiples et en milieu réactif ?
Étudier le comportement mécanique et hydraulique d'un matériau solide poreux, comme une roche, exige de maîtriser simultanément plusieurs paramètres : une pression de confinement qui simule la profondeur, une contrainte axiale qui simule les forces tectoniques, une pression de fluide dans les pores et une température. La fiabilité de l'étude dépend de la capacité à contrôler ces paramètres de manière stable et à mesurer les très faibles déformations et débits qui en résultent. Ce projet visait à reproduire les conditions des environnements géologiques profonds pour caractériser les propriétés de roches.
Maintenir une stabilité de régulation et une résolution de mesure micrométrique sur des essais de longue durée, tout en soumettant l'échantillon à des pressions et températures extrêmes avec des fluides corrosifs.
02 — Notre démarche
La démarche de conception : trois arbitrages pour garantir la fiabilité des mesures
Garantir une stabilité de pression absolue pour les mesures de très faible débit
Mesurer une perméabilité très faible (jusqu'à 10⁻¹⁷ m²) exige une stabilité parfaite des pressions de pore. Le principe retenu assure un débit massique parfaitement continu, sans les oscillations typiques des systèmes à simple piston qui fausseraient la mesure. Cette stabilité permet de quantifier des perméabilités extrêmement faibles et de maintenir des conditions constantes sur des essais de plusieurs semaines.
Isoler le circuit de pression de pore pour l'utiliser avec des fluides corrosifs
Le fluide injecté dans la roche peut être un acide ou une base forte, qui attaquerait les aciers standards à haute température. La solution consiste à isoler ce fluide dans un circuit dédié dont tous les matériaux en contact sont chimiquement inertes. L'utilisateur peut ainsi tester une large gamme de fluides réactifs sans risque de corrosion, de contamination ou de fausser les résultats, un enjeu clé en géochimie corrosive.
Mesurer la déformation de l'échantillon, et non celle de la machine
Une mesure précise de la déformation de la roche est souvent polluée par la compliance du bâti et du piston de la presse. Pour s'affranchir de ces déformations parasites, le capteur de déplacement a été placé au plus près de l'échantillon. L'utilisateur obtient ainsi une courbe contrainte-déformation qui reflète fidèlement le comportement intrinsèque du matériau.
03 — Caractéristiques techniques
| Pression de confinement | Jusqu'à 150 MPa (1500 bar), précision ±0,2 MPa |
|---|---|
| Contrainte axiale | Jusqu'à 500 MPa (5000 bar), précision ±0,2 MPa |
| Pression de pore | Jusqu'à 100 MPa (1000 bar), précision ±0,2 MPa |
| Température | Jusqu'à 150°C (extensible à 200°C), régulation ±1°C |
| Gamme de mesure de perméabilité | 10⁻¹³ m² à 10⁻¹⁷ m² |
| Résolution mesure déformation axiale | ±1 µm |
| Résolution mesure volume des pores | ±0,001 cm³ |
| Taille échantillon standard | Ø 20 mm x 40 mm |
04 — Autres applications
Votre application partage-t-elle les mêmes contraintes ?
Énergie : stockage H2, captage CO2
Le comportement à long terme de roches de réservoir ou de ciments en présence de H2 ou de CO2 supercritique est une contrainte commune. Le principe de confinement triaxial, la régulation de pression de pore et la mesure de perméabilité et de déformation resteraient identiques.
Matériaux avancés / Composites
L'étude de la tenue mécanique et du vieillissement de matériaux sous contraintes multi-axiales en environnement sévère est un besoin similaire. Le principe d'application de contraintes contrôlées, la mesure de déformation de précision et le contrôle thermique sont directement transposables.
Génie des procédés / Pharmacie
Pour étudier la compaction de poudres ou granulés, la mesure de la perméabilité à un fluide sous forte contrainte est une problématique partagée. Le principe d'application d'une contrainte axiale et d'une pression de pore, ainsi que la mesure de très faibles débits, restent pertinents.
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