Pour pouvoir analyser les r´esultats sans ´equivoque, nous avons utilis´e un deuxi`eme dispositif exp´erimental o`u les hydrates ne peuvent se former que dans le milieu poreux. Le principe de fonctionnement est le mˆeme que dans la section 4.2. Seuls deux ´el´ements changent : le syst`eme de mise en circulation du liquide et le r´eacteur contenant le milieu poreux. Il faut noter que ce dispositif exp´erimental ne permet pas d’imposer un gradient de temp´erature le long du milieu poreux.
4.4.1
Pompe `a double-piston
A l’usage, il s’av`ere que la pompe PU-1587 seule ne fonctionne pas de mani`ere optimale. En effet, la quantit´e importante de gaz dissous contenu dans le liquide aspir´e provoque une cavitation qui d´esamorce la pompe. Etant donn´e que cet incident se produit lorsque le circuit est sous pression, il n’y a aucun moyen de r´e-amorcer la pompe `a part une d´epressurisation compl`ete et le lancement d’une nouvelle exp´erience. Aussi, nous avons d´evelopp´e un syst`eme permettant de contourner ce probl`eme. Le sch´ema 4.4 illustre son principe de fonctionnement. Par analogie avec les montages ´electriques, nous distinguons une partie ”commande” `a droite (basses pressions) et une partie ”puissance” `a gauche (hautes pressions). La pompe injecte dans la chambre D de l’eau sortant de la chambre C `a pression atmosph´erique. Cette injection provoque le d´eplacement du piston vers la gauche. Par cons´equent, le liquide contenant le gaz dissous est comprim´e dans la chambre A et en sort pour traverser le syst`eme d’int´erˆet (le milieu poreux hydrat´e en l’occurence) puis revenir dans la chambre B. Si l’on n´eglige les frottements du piston, les diff´erences de pression PD− PC et
PA− PB sont toutes deux ´egales `a la perte de charge cr´e´ee par l’´ecoulement du fluide dans le milieu poreux.
Lorsque le piston arrive en bout de course, un capteur ordonne `a un actionneur pneumatique double-effet SS- 33DDM-1E, fabriqu´e par SWAGELOK et commercialis´e par LYON VANNES et RACCORDS, de permuter l’entr´ee et la sortie de chacune des deux chambres, grˆace `a deux vannes quatre-voies SS-43YFS2. Ainsi, le double-piston est capable d’op´erer en mode continu.
Fig. 4.5 – R´eacteur tubulaire
Ce syst`eme permet de ne jamais se d´esamorcer puisque le liquide entrant dans la pompe est `a pression atmosph´erique et ne contient quasiment pas de gaz dissous. Par ailleurs, il permet la mise en circulation de fluides corrosifs qui endommageraient la pompe ainsi que des m´elanges bi-phasiques gaz-liquide ou mˆeme des suspensions solides. Une variante de ce syst`eme consiste `a juxtaposer deux pistons de sections diff´erentes. De la sorte, le d´ebit de fluide sous pression peut ˆetre (beaucoup) plus ´elev´e ou plus faible que le d´ebit maximal ou minimal que la pompe est capable de d´elivrer.
Apr`es mise au point d’un prototype avec nos propres moyens, nous avons confi´e la r´ealisation de ce double-piston `a l’entreprise SECMHY VERINS. Le corps est en bronze et inox. La pression de service est de 200 bars `a temp´erature ambiante et la section ”puissance” est ´equip´ee d’une double-enveloppe pour contrˆoler la temp´erature.
4.4.2
R´eacteur tubulaire
La figure 4.5 montre le r´eacteur destin´e `a la mesure des fortes perm´eabilit´es. Le milieu poreux qui l’occupe est constitu´e de billes de silice soumises `a une contrainte m´ecanique de compression par le biais du dispositif d´etaill´e sur la figure 4.6. La grande section du piston est perc´ee de trous permettant le passage du fluide mais pas des billes.
Quatre double-enveloppes permettent de r´eguler la temp´erature sur la p´eriph´erie du r´eacteur. Elles peuvent ˆetre raccord´ees les unes aux autres ou bien ˆetre associ´ees chacune `a un croythermostat ind´ependant. Dans les exp´eriences de synth`ese de glace, toutes les double-enveloppes sont r´efrig´er´ees. Pour les hydrates, les double-enveloppes n°1 et 2 sont laiss´ees `a temp´erature ambiante tandis que les double-enveloppes n°3 et 4 sont r´efrig´er´ees. Trois piquages lat´eraux sont soud´es et permettent de connecter des appareils de mesures ou bien d’injecter ou de soutirer du fluide.
Le corps principal du r´eacteur est un tube de 3/4” en acier inoxydable 316L capable de supporter une pression de 227,5 bars. Sa longueur est ´egale `a 800 mm environ et son diam`etre int´erieur de 15,75 mm lui conf`ere une section utile ´egale `a 1,948×10−4m2. Les piquages lat´eraux sont des tubes de 1/4” en acier
inoxydable 316L capables de supporter une pression de 275,8 bars. Ils ont une longueur de 95 mm environ. Le piquage n°2 est situ´e `a ´equidistance des extr´emit´es du corps principal et les deux autres piquages sont plac´es de part et d’autre. La distance entre deux piquages successifs est de 178 mm. Les sections de refroidissement n°1,2,3 et 4 ont une longueur de 170, 140, 140 et 170 mm respectivement. Elles sont s´epar´ees de 8 mm environ et couvrent une longueur cumul´ee de 645 mm. Par ailleurs, une mousse isolante de 20 mm d’´epaisseur habille
Fig. 4.6 – Zoom sur le haut du r´eacteur tubulaire
les quatre double-enveloppes.
Une sonde Pt100, dont l’extr´emit´e est au contact de la paroi m´etallique du r´eacteur, mesure la temp´erature du fluide dans la double-enveloppe n°3. Au niveau du piquage n°2, se situe un capteur de pression absolue KELLER PA-33. Entre les piquages n°2 et 3 se trouvent ´egalement deux capteurs de pression diff´erentiels en parall`ele : un ROSEMOUNT 3051-CD2 et un ROSEMOUNT 3051-CD4. Pour plus de d´etails sur les instruments de mesure, se reporter `a la section 4.2.5 en page 72.