Mesure de pression

La connaissance des variations de pression, au sein du caloduc oscillant, est une informa- tion primordiale compte tenu de son rôle essentiel dans la mise en mouvement du fluide calo- porteur et par conséquent dans le transfert de chaleur. Cependant, l’accès à cette information constitue une véritable difficulté. De nombreuses interrogations ont été soulevées. Elles sont liées, d’une part, à la nature de l’instrument de mesure utilisé (technologie, taille, précision, compatibilité entre l’instrument et le fluide de travail ...) et, d’autre part, à la manière d’inté- grer cet instrument de mesure au dispositif expérimental.

Dans le cadre de cette étude, une première mesure de pression s’est avérée incontournable car nécessaire pour assurer le bon déroulement des procédures de réalisation du vide et du remplissage du caloduc oscillant en fluide caloporteur. C’est pourquoi, les deux dispositifs expérimentaux ont été équipés d’un capteur de pression absolue appelé capteur de pression moyenne. Il permet d’une part de vérifier le niveau de vide au sein du système avant son

remplissage et d’autre part de surveiller l’apparition de gaz incondensables pendant et après le remplissage. Ces deux capteurs sont identiques (même modèle, mêmes dimensions) mais diffèrent par leur étendue de mesure. Celui équipant le premier caloduc oscillant réalise des mesures allant de 0 à 2 bars, tandis que le second capteur a une gamme de mesure s’étendant de 0 à 5 bars. Les capteurs de pression ont été installés au niveau de la première branche du caloduc oscillant comme le montre la figure 4.5.

FIG. 4.5 – Capteur de pression moyenne

Un second type de mesure de pression, motivé par la volonté de suivre les fluctuations de pression aux deux extrémités d’une même branche du caloduc oscillant en fonctionnement, a également été envisagée. De la même manière que précédemment, la réalisation de cette me- sure génère de nombreuses problématiques comme le choix d’un capteur de pression adapté pouvant répondre à ce besoin. En effet, étant donné les faibles dimensions des tubes utilisés, peu de constructeurs de capteurs de pression proposent des produits dont la taille correspond à ces faibles dimensions. Cette mesure doit être réalisée sans perturber l’écoulement du fluide ca- loporteur et sans dégradation de l’étanchéité du système. Or les tailles des solutions existantes restent supérieures à celles des tubes utilisés et leur raccordement à ces derniers implique l’uti- lisation de pièces de connexion spécifiques, ce qui crée des volumes intermédiaires tampons entre le capteur et le système. Outre la contrainte liée aux dimensions, le capteur de pression doit impérativement vérifier des critères de fiabilité, de robustesse et de précision.

La solution choisie a été d’équiper le premier dispositif expérimental de six capteurs de pres- sion absolue miniatures. Les capteurs sélectionnés sont de type ENTRAN (EPX-N13-3.5) dont l’élément sensible est une membrane en acier inoxydable. La déformation de cette membrane sous l’effet de la pression permet de remonter à cette dernière par l’intermédiaire d’un pont de Wheatstone à jauges de contrainte. Cette technologie tolère une exposition de longue durée à l’eau ou à d’autres environnements gazeux ou fluides compatibles avec ce matériau. Ces cap- teurs de pression ont été installés à l’évaporateur et au condenseur et ont nécessité l’utilisation de pièces intermédiaires comme le présente la figure 4.6. Les caractéristiques de ces capteurs sont présentées de manière détaillée en annexe B.

FIG. 4.6 – Capteurs de pression EPX-N13-3.5

Ces capteurs de pression présentent plusieurs inconvénients liés à leur technologie. En effet, le fonctionnement d’un capteur EPX-N13-3.5 est basé sur la déformation élastique de son élé- ment sensible, dans le cas présent une membrane en acier inoxydable. La fixation de ce capteur au point de mesure est réalisée par le biais d’une pièce intermédiaire filetée dans laquelle la partie avant (côté détectant la pression) est vissée. Afin d’éviter une déformation permanente de la membrane, et par conséquent la détérioration du capteur, un couple de serrage maxi- mal de 0,6 N.m est toléré. Mais cette contrainte devient problématique lors de la réalisation de l’étanchéité du caloduc oscillant qui constitue une étape primordiale dans le développement et la validation du dispositif expérimental. Sa réalisation nécessite beaucoup de rigueur et de patience. Dans le cas présent, l’étanchéité a impliqué de nombreuses recherches concernant le choix des matériaux et les dimensions (vannes, pièces de connexion, soudures) à utiliser dans la mise en oeuvre des bancs d’essais. De plus, de nombreux tests destinés à la recherche et la lo- calisation d’éventuelles fuites ont été réalisés. Cet aspect de l’étanchéité lors du développement des deux caloducs oscillants et ses caractéristiques sont décrits dans la suite de ce chapitre (4.4). En outre, lors des premières campagnes de mesure réalisées au CNES, une dérive dans le temps de l’amplitude des signaux de pression délivrés par des capteurs miniatures similaires (modèles identiques) dépendante de la température a été enregistrée. Un décalage de la réfé- rence de chaque capteur a également été constaté à la fin de chaque essai. Ces problèmes de fiabilité sont inévitables en raison de la nature de la technologie de ces capteurs (jauges de contrainte piézorésistives). Cependant, la sensibilité des capteurs reste fiable et des mesures de «variation d’amplitudes» peuvent être valides à condition qu’elles soient effectuées sur une courte durée. Cette observation concernant la fiabilité des mesures de pression effectuées à l’aide des capteurs EPX-N13-3.5 est cruciale et conditionne l’exploitation future de ces mesures dans l’analyse du comportement du caloduc oscillant.