Réalisation · Pompes & systèmes d'injection de précision
Injecter des fluides avec précision en microgravité : système d'injection 330 bar pour environnement embarqué
Pour un consortium de recherche aérospatiale, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un système d'injection de réactifs pour une expérience en microgravité. L'équipement assure une alimentation et un dosage stables et programmables de trois fluides à 330 bar, dans un environnement où la gravité ne peut plus être utilisée pour séparer les phases liquide et gaz.
En bref
- Client
- Consortium de recherche aérospatiale
- Domaine
- Aérospatial & Recherche embarquée
- Technique
- Injection de fluides HP en microgravité
01 — La question de recherche
Comment injecter un liquide à débit contrôlé quand la gravité n'est plus disponible ?
Les systèmes de pompage de laboratoire reposent sur un principe simple : la gravité. Elle maintient les liquides au fond des réservoirs et permet aux pompes d'aspirer une phase liquide homogène. Lorsque cette force disparaît, en environnement spatial ou embarqué (mouvements, vibrations), les liquides flottent, des bulles de gaz peuvent être aspirées et le fonctionnement de l'équipement devient imprévisible. Notre client devait réaliser une expérience d'oxydation en eau supercritique (SCWO) en microgravité, nécessitant l'injection de trois réactifs avec une stœchiométrie précise. Le matériel standard était inutilisable : sans gravité pour garantir une surface libre, l'alimentation des pompes n'était pas fiable et le risque d'injecter du gaz au lieu du liquide était permanent, ce qui aurait faussé toute l'expérience.
Garantir une alimentation en liquide et une injection stables en l'absence de la force (gravité) qui assure naturellement la séparation des phases et la direction des écoulements.
02 — Notre démarche
Une conception guidée par l'autonomie et la fiabilité en l'absence de gravité
Stocker les fluides sans dépendre de la gravité
En microgravité, un liquide ne reste pas au fond d'un réservoir. Pour éviter d'aspirer du gaz, nous avons écarté les réservoirs standards et stocké les fluides dans des contenants à volume variable. Une pression externe appliquée sur une membrane souple assure une expulsion positive du liquide, garantissant une alimentation stable des pompes quelle que soit l'orientation.
Garantir un débit d'injection stable et programmable à 330 bar
La réaction exigeait un contrôle stœchiométrique très fin. Nous avons retenu une technologie d'injection volumétrique positive (pompes seringue) où le débit est directement proportionnel à une vitesse mécanique. Ce principe le rend indépendant des variations de pression et assure une injection continue, sans pulsation, des microlitres par minute jusqu'à 330 bar.
Réguler la contre-pression du réacteur de manière autonome
Pour maintenir la pression de sortie à 330 bar sans dépendre d'une source de gaz externe, contrainte forte en environnement embarqué, le régulateur est piloté par une pression hydraulique. Cette pression de consigne est générée par le système lui-même, le rendant totalement autonome et simplifiant son intégration et son opération.
03 — Caractéristiques techniques
| Pression de service | 330 bar |
|---|---|
| Nombre de lignes d'injection | 3 |
| Plage de débit d'injection | 1 µL/min à 100 µL/min |
| Volume par pousse-seringue | 3,5 mL |
| Volume de stockage par fluide | 200 mL |
04 — Autres applications
Votre projet exige un dosage de fluide fiable en conditions difficiles ?
Chimie en flux continu
La contrainte est de garantir un débit stable et sans pulsation pour maîtriser la stœchiométrie dans des micro-réacteurs. Le principe d'injection de haute précision par pompes volumétriques et la régulation fine de la pression resteraient identiques.
Géosciences
Il s'agit d'injecter des fluides (saumures, CO₂) à débit contrôlé dans des carottes de roche en conditions HP/HT. L'architecture d'injection volumétrique précise et la régulation de contre-pression sont directement transposables pour des études d'écoulement en milieu poreux.
Systèmes embarqués (naval, sous-marin)
Le défi est d'assurer le fonctionnement d'un système de dosage malgré les mouvements constants (roulis, tangage). Le principe de stockage à expulsion positive qui rend le système insensible à son orientation est la solution la plus robuste.
Un ingénieur de notre bureau d’études vous répond dans les meilleurs délais.