Instrumentation

Le prototype est instrumenté par différentes sondes, dont une grande quantité de thermocouples (TC). Le détail des différents instruments de mesure et leurs incertitudes associées sont présentés dans le Tableau 3.6.

Valeur mesurée Instruments de mesure Incertitude absolue

Vitesse de l’air Sonde VA 40/20 ± 0,20 m/s

Température de l’air

en-trée/sortie ^{Sonde PT100} ± 0,16 ^◦C

Humidité relative de l’air

entrée/sortie ^{Sonde HC2} ± 3,4 %HR

Température dans la zone

réactive et les boîtes à air ^{Thermocouples type T} ± 0,2 ^◦C

Pertes de charge aux bornes

du lit réactif ^{Capteur de pression différentielle CAPR0179} ± 4 Pa

Poids total du prototype Jauges de contraintes type E 300 kg ± 0,39 kg

Table ^{3.6 – Instrumentation du prototype et incertitudes des sondes de mesure}

Le positionnement des différents thermocouples installés dans le réacteur est détaillé la Figure 3.13.

Figure ^{3.13 – Position et numérotation des thermocouples dans le réacteur et les boîtes à air}

Dans la zone réactive, 51 thermocouples mesurent le profil de température afin d’évaluer la forme du front de réaction. Ces TC sont sertis (Figure 3.14.a) le long de trois câbles en inox tendus sur la hauteur du réacteur (Figure 3.14.b). L’orientation des TC est faite de manière à être perpendiculaire à l’écoulement de l’air (voir Figure 3.9) afin de limiter l’incertitude de position de la mesure (± 5 mm).

Figure ^{3.14 – Vue de la face d’entrée de l’air : a) sertissage des thermocouples et b) câbles tendus}

pour le support des thermocouples

3 TC permettent de connaître la température du solide à l’entrée du réacteur (n^◦ 1 , 2 et 3 ) et 3 autres, à la sortie du réacteur (n^◦ 4 , 5 et 6 ). De plus, 5 TC sont placés dans chaque boîte à air (Figure 3.15) afin de savoir si la température de l’air est bien homogène aux bornes de la zone réactive (n^◦ 58 à 62 dans la boite à air d’entrée et n^◦ 63 à 67 dans la boîte à air de sortie). La Figure 3.15, présente l’installation des TC dans la boîte à air de sortie.

Figure ^{3.15 – Position des thermocouples dans la boîte à air de sortie}

Le débit d’air ainsi que la pression, le taux d’humidité et la température de l’air quittant le banc MATHER sont mesurés par ses propres sondes (voir les 3 premières lignes du Tableau 3.6). Un capteur de pression différentielle est installé entre les boîtes à air d’entrée et de sortie afin de mesurer les pertes de charge dans le réacteur. Cependant, le dispositif choisi n’a pas permis d’enregistrer ces valeurs au cours des essais expérimentaux, les valeurs de pertes de charge ont donc été relevées au fur et à mesure de l’essai afin d’estimer la perméabilité du lit poreux.

A la sortie du flux d’air, une sonde d’humidité (HC2) et une sonde de température (PT100) permettent de connaître l’état de l’air en sortie de la boîte à air.

Figure ^{3.16 – Jauge de}

contrainte

Enfin, 4 jauges de contraintes (Figure 3.16) sont

ins-tallées à chaque pied de l’armature en aluminium sur la-quelle est fixé l’ensemble du système. Afin de réduire

l’in-fluence des vibrations du banc MATHER sur les mesures

des jauges, le réacteur est relié aux conduits de

circula-tion d’air amont et aval par des tubes flexibles. Ces instru-ments nous donnent la masse totale de l’installation. L’accu-mulation de matière dans le réacteur correspond à la quan-tité d’eau ayant réagi avec le solide. Nous pouvons donc

déduire, à partir de l’évolution de la masse de sel, m_s,

l’évolution du taux d’hydratation moyen, X, dans le

réac-teur.

En effet, le bilan matière sur la phase solide dans la zone réactive s’écrit :

accumulation dans la zone réactive

z }| {

∂m_s

∂t ^{= m˙s,in}−m˙_s,out

| {z }

bilan entrée/sortie liée à la circulation du solide

+

source liéeà la réaction

z }| {

φ_v,massique (3.8)

On cherche à exprimer ces termes en fonction de la variation du taux d’hydratation, X, dans cette zone, entre les instantst ett+ ∆t. La variation de la masse de la phase solide, dans la zone réactive, s’écrit : ∂m_s ∂t ⁼ ∆m_s ∆t ⁼ ∆X ∆t ^ν M_H2O M_s(X_t)^{ms,t (3.9)}

Avec, ∆X =X_t+∆t−X_t, la différence du taux d’hydratation entre les tempst et t+ ∆t.

On a : ˙

m_s,in = ^XiνMH2O

M_s(X_i) ^ρs(Xi)us(1−ε(X_i))e_litl_lit (3.10)

avec, X_i le taux d’hydratation initial et celui du sel entrant dans la zone réactive. On a également,

˙

m_s,out = ^Xout,tνMH2O

M_s(X_out,t) ^{ρs(Xout,t)us(1}−ε(X_out,t))e_litl_lit (3.11) avec, X_out,t, le taux d’hydratation en sortie du lit, à l’instant t. Les essais réalisés dans cette étude étant très courts, le taux d’hydratation moyen dans le lit ne dépasse pas les 10 % au cours d’un essai (voir §3.5). De plus, la vitesse u_s est faible, on considère alors pour ces essais, que le taux d’hydratation en sortie du lit est égal au taux d’hydratation moyen dans le lit (X_out,t =X_t). En phase d’hydratation, le terme source provient de la réaction entre l’air humide et le sel déshydraté et correspond à la variation de masse du sel dans le prototype :

φ_v,massique = ^{mproto(t+ ∆t)}−m_proto(t)

∆t ^(3.12)

A partir du bilan matière (Eq. (3.8)), on obtient l’expression du taux d’hydratation, X(t) :

X_t+∆t=X_t+ ^us m_s,t^elitllit∆t " X_i^Ms(Xt) M_s(X_i)^ρs(Xi)(1−ε(X_i))−X_tρ_s(X_t)(1−ε(X_t)) # + (m_proto,t+∆t−m_proto,t)M_s(X_t) M_H2Oνm_s,t ^(3.13)

expérimental par échantillonnage : 2 échantillons de solide d’environ 5 g, ayant un taux d’hydra-tation,X_i, sont prélevés avant le début de chaque essai d’hydratation. Ils sont pesés à l’aide d’une balance de précision (m_ech,i) et sont ensuite passés à l’étuve (à température adaptée en fonction du sel, pendant 19 h) afin d’être complètement déshydratés et atteindre ainsi X = 0 (m_ech,f). Enfin, ils sont de nouveau pesés sur la balance de précision, la perte de masse calculée correspond alors à la quantité d’eau qui était contenue dans l’échantillon avant traitement, ce qui nous permet de calculer le taux d’hydratation initial des échantillons, X_i :

on a : m_ech,i =n_sM_s(X_i) et m_ech,f =n_sM_s0 (3.14) Or, Ms(Xi) =XiMs1+ (1−Xi)Ms0 (3.15) Donc X_i = ^mech,i m_ech,f −1 ! / M_s1 M_s0 −1 (3.16)

Le détail des calculs d’incertitude sur le taux d’hydratation moyen dans la zone réactive, X, et sur celui en entrée, X_i, en donné en Annexe C. Avec une incertitude de mesure de la balance de précision, ∆m= 0.001 g. L’incertitude relative ∆X_i/X_i est de l’ordre de 0,4 % et, l’incertitude relative ∆X/X est de 42 % en moyenne. Cette valeur est élevée, ce qui signifie que les résultats obtenus pour la valeur de X devront être analysés avec précaution.