Recherches et techniques dans le domaine des hautes pressions

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Recherches et techniques dans le domaine des hautes

pressions

L. Deffet

To cite this version:

De

même,

la formule

₍₉₎

de

_Feynman

nous donne

Dans son

_Mémoire,

M.

_Feynman,

dont la théorie est

différente

de la

_nôtre,

_{considère que} l’incrément

total de masse doit être

_{pris égal}

à

_{dmY -}

_{àmk .}

Il nous

_paraît

_logique

de _{considérer que les deux} incréments de masse _{dus à des processus d’émission}

et de

_{réabsorption}

_{indépendants}

_s’ajoutent

et _par suite d’écrire

La formule

_approchée

₍₄₁₎

devrait donc être

rem-placée

par la formule

plus

exacte

ce

_qui

conduirait à la valeur

_plus

exacte _{de ni,} On

_pourrait

_remarquer

_qu’on

a

_signalé

tout récem-ment l’existence

_possible

de mésons

_ayant

des masses

de cet ordre

_[12].

Mais la théorie

_qui

vient d’être

esquissée

est encore

_trop

incertaine

_pour

_qu’on

puisse .

attacher

_beaucoup

_{d’importance}

à une

coïncidence de ce _genre

_(4).

(4) Nous avons montré récemment que l’introduction du facteur de convergence (34) paraît faire aussi converger les

intégrales qui se _présentent dans le problème de la

polari-sation du vide C. R. Acad. Sc. (1950, 230. _2061).

Manuscrit reçu le 3o mars 1950.

BIBLIOGBAPHIE.

[1] Actualités _{scientifiques,} n° _{181, 1934} et n° _{411, 1936,}

Hermann, Paris.

[2] Une nouvelle théorie de la lumière : la Mécanique ondu-latoire du photon (2 volumes), Paris, Hermann

1940-1942.

[3] Théorie _générale des particules à _spin, Gauthier-Villars, Paris, 1943.

[4] La _Mécanique ondulatoire du photon et la théorie

quan-tique des champs électromagnétiques, Gauthier-Villars, Paris, 1949.

[5] STUECKELBERG E. G. C. -

Nature, 1939, 144, 118 et Helvetica _{Physica Acta, 1941, 14,} 51.

[6] BOPP F.2014 Ann, der Physik, 1940, 38, 345 et 1943, 42, 575. [7] PAIS A. -

Varhandlingen der Nederlansche Academie,

1er Sectie, Deel _XIX, n° 1, Amsterdam, 1947. [8] FEYNMAN R. P. - Phys. Rev., 1948, 74, 939.

[9] C. R. Acad. Sc. : a. _{1949, 229, 157;} b. _{1949, 229, 269;}

c. _{1949, 229, 401;} d. 1949, 229, 640. [10] Porfugaliae Mathematica, 1949, 8, 37. [11] FEYNMAN R. P. -

Phys. Rev., 1948, 74, 430.

[12] Voir par exemple : FORSTER HARRIET H. 2014 Bull. Amer.

Phys. Soc., 1949, 24, 16.

RECHERCHES ET

TECHNIQUES

DANS LE DOMAINE DES HAUTES PRESSIONS

₍₁₎

Par L. DEFFET.

Dr _Sc., Directeur de l’Institut

_Belge

des Hautes Pressions.

Sommaire. - L’Institut

Belge des Hautes Pressions effectue _{depuis quelques} années une série de recherches tant scientifiques que techniques dans le domaine des hautes pressions.

Ces recherches sont réalisées au _{moyen d’un} matériel permettant d’atteindre des _pressions de l’ordre de 10 000 atm en _{phase liquide} et de faire des travaux dans diverses directions. Actuellement les recherches en cours _portent en ordre _principal sur les _points suivants : établissement de courbes de fusion et de transformation de substances organiques, étude _{expérimentale} et _théorique de la résistance des _tuyauteries à très haute _pression, détermination des variations du zéro et de _{l’hystérésis} des tubes manométriques en fonction de la qualité des aciers, influence de la vitesse de mise en _charge au cours

d’essais de _traction, influence de la _pression sur les substances du sérum en cause dans les réactions

immunologiques. Signalons encore les travaux sur les étalons et les balances manométriques, la mise

au _point de _{piézomètres} à _quartz, le _tarage des crushers, et des études ayant comme but de mettre à la

dis-position des chercheurs des méthodes de détermination et d’obtention des hautes pressions.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

_1l,

AOÛT-SEPTEMBRE

_1950,

Introduction. - Au _cours de deux conférences

précédentes,

M. le Professeur Timmermans vous a

exposé

les résultats des recherches

_qu’il

a

com-mencées dès ₁₉₁₀ dans le domaine des hautes

(1) Conférence faite à la Faculté des Sciences de l’Université de Paris, le 2 _{juin 1949.}

pressions,

et _{de celles que}

_j’ai

entamées sous sa

direction à l’Université de Bruxelles en

_ig32.

Je ne

reviendrai donc pas sur les résultats tant

scien-tifiques

que

techniques

obtenus au cours de ces

recherches,

si ce n’est pour dire

_qu’ils

furent à la

base de la

_plupart

des travaux _actuellement pour-suivis par l’Institut

Belge

des Hautes pressions.

Cet

_organisme,

dont l’existence avait été

_précédée

avant la _{guerre par celle du} « _Centre de Recherches

aux Hautes Pressions » fut créé en

_i945,

_{par le} Professeur F. H. van den

_Dungen,

Membre de l’Académie de

_{Belgique, qui}

en assume la

présidence

depuis

cette

_époque.

L’Institut

_Belge

des Hautes Pressions a

_pris

comme but de _grouper sous une même direction

les diverses recherches effectuées en

Belgique

dans

le

domaine

des hautes

_pressions,

ce tant du

point

de vue des recherches

_{scientifiques}

que

techniques,

et _{de pousser à la réalisation de nouvelles recherches :} il fut aidé dans cette _{tâche par les subsides d’un} autre

organisme belge

créé vers la même

_époque,

l’Ins-titut pour

l’Encouragement

de la Recherche

scien-tifique

dans l’Industrie et

_{l’Agriculture,}

connu en

_Belgique

sous le

_sigle

« I. R. S. I.

_{A. »,}

ainsi que

par les subsides de l’industrie et par l’aide de certains

ministères,

et en

_particulier

celui de la Défense

Nationale.

L’Institut

_Belge

des Hautes Pressions

_possède

ses _{laboratoires propres} et travaille en collaboration

directe avec

_quelques

laboratoires universitaires,

et tout

_{particulièrement}

avec le Laboratoire des

Hautes Pressions de la Faculté des Sciences de l’Université Libre de

Bruxelles,

à

_qui

il confie des recherches.

Il m’a semblé utile de

_présenter

d’abord la

_façon

dont les recherches aux hautes

_pressions

sont actuel-lement considérées en

_Belgique,

_{parce que, dans}

l’exposé qui

va

suivre,

il

_pourrait

vous

_apparaître

que nous touchons à des domaines fort divers. La cause en réside dans le fait même que notre orga-nisme est subdivisé en diverses sections de

travail,

dont la

_plupart

sont

_placées

sous la direction

scien-tifique

d’un

_professeur

d’une de nos

universités,

et _{que chacune de} ces sections

poursuit

dès à

_présent

un certain nombre de recherches de

base,

ces mêmes recherches devant être

_amplifiées

_{par la}

_suite,

le nombre des sections ne devant vraisemblablement

plus

être

_augmenté.

Les sections actuelles de l’Institut

_Belge

des Hautes Pressions sont au nombre de

neuf,

dont une

section d’étude des

_poudres

et

_explosifs,

section pour

laquelle

certaines méthodes d’étude se rat-tachent à des

_techniques

_{particulières}

au domaine des hautes

_pressions,

et une section de documentation. Dans les autres sections s’effectuent des études se

rapportant

.plus

particulièrement

aux _hautes

pres-sions : les

_plus

_importantes,

sont les sections

s’occupant

des hautes

_pressions

_statiques,

des hautes

_pressions

_dynamiques,

de la manométrie

statique

et de la manométrie

_dynamique,

de la

spectrographie

sous hautes

_pressions,

et des réactions

chimiques.

Cette introduction

_{ayant permis}

_d’indiquer

com-ment sont

_envisagées

les recherches à

_{l’ I. B. H. P.,}

je

vais tenter de vous donner un _{aperçu des}

_problèmes

que nous avons été et sommes amenés à résoudre

et

_quelles

sont les

_techniques

_que nous

_employons

pour ce faire.

A la fin de cet

_{exposé, je}

donnerai en

_quelques

mots,

la

façon

dont

_s’organise

actuellement la recherche

_scientifique

_appliquée

en

_Belgique,

de manière à ce _que vous

_puissiez

mieux situer la

position

de notre Institut dans le cadre

_général

des

organismes belges

de recherche.

Avant de décrire les recherches effectuées à

1’1. B. H. P. et les

_appareils

_y

_existant,

_quelques

mots d’introduction sur les méthodes d’obtention

et de mesure des très hautes

_pressions

_qui

_y sont utilisées me semblent

nécessaires,

afin de ne _pas

devoir revenir sur ces

_questions

au cours de

_l’exposé.

Je n’entrerai _{pas pour le} moment dans le détail ni de la construction des

_appareils,

ni de certaines

techniques spéciales

des hautes

_pressions,

mais

_je

vous

signalerai

simplement :

i°

_Que

nous réalisons l’obtention des hautes pres-sions en milieu

_liquide

ou en milieu gazeux

unique-ment _{par la}

_compression

d’un

_liquide,

non

conge-lable sous haute

_pression,

dans une enceinte

quel-conque et de forme variable suivant les modalités

d’emploi.

La

_compression

de ce

_liquide

est obtenue _par l’effet d’un

_piston

dans un

_cylindre,

ce

_piston

étant

mû,

soit

_{mécaniquement,}

_par l’intermédiaire d’une vis sans

_fin,

soit

hydrauliquement

_{par l’intermédiaire}

d’un

_piston

« différentiel », c’est-à-dire d’un

_piston

dont la surface sur

_laquelle

s’exerce la

_pression

primaire,

ou basse

pression,

est n fois

_plus

_grande

que la surface

qui engendre

la

pression secondaire,

ou haute

pression.

Le

_{premier système,}

c’est-à-dire le

_système

de presse à avancement

mécanique

du

piston,

n’est utilisable que

jusqu’à

des

_pressions

de l’ordre de 10000

kg :

cm2 au

_maximum,

_{tandis que la}

seconde méthode

_permet

l’obtention de

_pressions

beaucoup plus

élevées et dont la limite

_dépend

uni-quement

de la résistance des

_enveloppes,

de celle du

_piston

et de

_{l’étanchéité}

des

_joints.

2°

_Que

nous réalisons la mesure des

_pressions

très

élevées,

ou des

_{pressions rapidement}

variables,

mesures

_qui,

ainsi _que vous le savez, soulèvent des

problèmes

extrêmement

_complexes,

les

_appareils

devant

_présenter

le minimum

_{d’hystérésis,}

au

moyen de manomètres

métalliques

du

type

«

Bour-don »,

soigneusement

et

fréquemment

étalonnés

à

_partir

de balances

_{manométriques}

et au _moyen

de

_{piézomètres}

à

_quartz.

La réalisation de ces

appareils

a été d’une

façon

générale

effectuée en

Belgique

en collaboration

avec notre

Institut,

ou même directement par nous ;

ceci

_provient

des raisons suivantes :

I ° les

_appareils

à haute

_pression

ne sont _pas

nécessaire de créer soi-même son

_appareillage

_propre

d’après

les besoins définis des

_recherches;

20 _{pour remédier dans une certaine mesure à cet}

état de

choses,

nous avons

_engagé

certains indus-triels

_belges

à étudier en commun avec nous la construction

_{d’appareils}

d’obtention et de mesure

des hautes

_pressions.

C’est ainsi que, dès à

_présent,

nous avons étudié et fait réaliser un certain nombre

_{d’appareils}

et en

particulier

les

_appareils

suivants :

a. Une pompe à 2 5oo

_{kg :}

em2

_qui

est d’un

_type

actuellement courant et sert à des mises sous

pres-sion

_{d’appareils}

divers en essai.

b. Une

_pompe

à 5 ooo

kg :

cm2 à

_piston

diff

é-rentiel,

le

_rapport

entre la surface des

_pistons

étant de i à o, ce

_{qui multiplie}

_par o la

_pression

exercée

sur la surface du

_{grand piston (si}

l’on ne tient pas

compte

des

_pertes

dues aux

_{frottements).}

. Fig. 1.

Ainsi

_qu’on

_peut

le voir sur la

_photographie

i,

cette pompe est d’un encombrement fort réduit : cette _remarque est d’ailleurs

_générale

_{pour les}

appareils

à haute et à très haute

_pression,

le volume

qu’il

est

_possible

de

_comprimer

se réduisant au fur et à mesure _{que la}

_pression

_{que l’on} veut atteindre

devient

_plus

élevée.

c. _{Une pompe à} o ooo

kg :

cm2 basée sur le même

principe

(le rapport

entre la surface des

_pistons

étant ici de 1 à

_18);

cette _pompe est munie d’un

manomètre du

_type

Bourdon de

_grand

modèle,

gradué jusqu’à

15 ooo

_{kg :}

em2,

mais utilisable

seu-lement d’une

_façon

courante

_jusqu’à

10ooo

kg :

cm2 :

on voit sur la

_photographie

2, de même que sur la

photographie

précédente

de la presse à

5000kg:cm2,

le

_cylindre

contenant le

_piston

diff érentiel et

rac-cordé à la _pompe

_primaire.

Cette

_photographie

montre

_également

les diverses _{connections des}

appa-reils vers le

_{cylindre-laboratoire, qui}

_peut

être mis à

_température

constante _{par immersion dans} un thermostat.

Fig.2

Ces

_appareils,

_{ainsi que les manomètres}

corres-pondants

ont été _{construits par la}

_Compagnie

des

_Compteurs

et Manomètres : cette Société

cons-truit

actuellement,

en collaboration avec notre

Institut,

une _{pompe à} avancement

_mécanique

du

piston qui

pourra fonctionner

jusqu’à

10 00o

kg :

cm2.

Les _pompes à haute

_pression,

à 5 000 et 10 ooo

_{kg :}

cm2,

en _usage dans nos

_{laboratoires,}

sont d’une réalisation

_{généralement}

_{plus compliquée}

que celles

qui

sont _{utilisées par d’autres}

chercheurs,

ceux-ci utilisant des pompes à

piston

différentiel combinées directement avec le

cylindre-laboratoire.

Ce

_{système, plus simple}

à

réaliser,

ne

_permet

tou-tefois _{que d’effectuer des recherches pour}

_lesquelles

la

_température

ne doit pas être définie d’une manière

très

_précise,

ce

qui

dans certaines études que nous

poursuivons (analyse

piézométrique)

est d’une

impor-tance

_primordiale.

Je vous

signale

_{que les pompes} décrites ci-dessus

servent à obtenir des

_pressions

en milieu

liquide :

si l’on veut

_comprimer

un _gaz il

faut,

ou bien utiliser

des compresseurs, ce

_qui

est d’un

emploi

_peu

com-mode en

laboratoire,

ou

bien,

tout au moins si les

volumes

_envisagés

sont

faibles,

passer par un

sys-tème

_permettant

de

_séparer

le

_liquide

de compres-sion du _gaz à étudier. Nous avons entamé la

de mercure; ce

_séparateur

est pourvu de contacts

électriques,

de manière à

_pouvoir

déterminer les hauteurs relatives du gaz, du

_liquide

de

_compression

et du mercure dans

_{l’appareil.}

Dans certains cas les recherches nécessitent la

mise sous

_pression

_brusque

des

_appareils

ou de

parties

d’appareils :

ceci se

présente,

entre

autre,

dans les études sur la résistance des aciers au

_choc,

que nous avons _{entamées il y} a

_quelques

années.

La

_pression

_brusque

sur les

_éprouvettes

à étudier est _{obtenue par la combustion d’une}

_{poudre plus}

ou moins vive à l’intérieur d’une solide chambre de

_compression,

la

_{pression agissant}

sur l’embase

d’un

_piston

dans

_{lequel s’engage l’éprouvette}

à étudier.

En ce

_qui

concerne les

_appareils

de mesure de

pression,

nous utilisons actuellement

_{principalement}

des manomètres

_métalliques

du

_type

« Bourdon »

de différents

_modèles,

de diverses

_précisions

suivant

les besoins : ces manomètres

_présentent

des

incon-vénients certains sur

_lesquels

nous reviendrons

plus loin,

mais ils restent

_malgré

tout extrêmement utiles dans la

_plupart

des cas.

Pour la mesure des

_pressions

_rapidement

_variables,

nous

_employons

un

_piézomètre

à

_quartz,

de

cons-truction

_classique

avec

_{enregistrement}

photogra-phique

par l’intermédiaire d’un tube à _rayons

cathodiques,

et avons à l’étude un manomètre utilisant comme

_principe

la mesure de la variation de

_grandeurs

_{électriques,}

en

_particulier

de la résistance.

Tout ceci ne sort _{donc pas des méthodes habituelles} utilisées dans tous les laboratoires à haute

_pression,

et

_{qui employent}

les mêmes manomètres «

secon-daires »,

_appelés

ainsi parce que leurs indications

doivent être étalonnées à

_partir

d’un manomètre

primaire (qu’il

ne faut pas confondre avec ce _que

l’on

_{appelle généralement}

des

manomètre5

« étalons »

et

_qui,

en

_réalité,

ne sont _{que des manomètres} étalonnés à

_partir

d’un manomètre

_primaire).

Nous

_possédons

un

_appareil

_pour

_{l’étalonnage}

de manomètres tant

_statiques

_que

_dynamiques,

appareil

qui

est _{constitué par} une balance à fléau de

_grande

_précision.

Cette balance

_permet

d’exercer

en un

_point

une force exactement définie : elle est conçue de

_façon

à ce _{que l’on}

_puisse

_appliquer

ces forces sous diff érentes vitesses de mise en

_charge

parfaitement

reproductibles (photographie

3).

Cette balance a été combinée de telle sorte

_{qu’on peut}

l’utiliser pour divers

_{étalonnages :}

10 Pour

_{l’étalonnage}

de manomètres

_statiques

quelconques,

la

_pression

étant obtenue au _moyen

d’un fluide de

_compression.

Pour cette

utilisation,

on intercale entre le statif

de la balance et le

_point

de

réaction,

un manomètre

à

_piston

_libre,

c’est-à-dire un manomètre dont le

principe

consiste à

déterminer

la force

_qu’il

faut

exercer sur un

_piston

_{pour le maintenir} en

_équilibre

sous la

_poussée

hydrostatique

à

définir.

La balance à

_piston

_{libre que} nous avons réalisée

est d’une

_{conception particulièrement simple,}

mais se

_rapprochant

le

_plus

possible

des conditions

théoriques

à observer dans ce cas.

remar-quera le

système

de rotation du

piston :

en

_effet,

afin de réduire au maximum les frottements solides

entre le

_piston

libre et son

_logement,

ce

_premier

doit être soumis à une rotation au moment des

mesures.

20 Pour

_{l’étalonnage}

du

_quartz

_{piézoélectrique}

on intercale entre le statif et le

_point

de réaction de la

balance,

un

_support

_simple,

le bouchon

porte-quartz

étant _{introduit par le dessous.}

30

Enfin,

pour

l’étalonnage

des

crushers,

on

utilise un

_support

_{spécial, permettant}

la rotation du

_cylindre

entourant le

_piston

afin de réduire les frottements sur ce dernier au moment de la mesure.

En

_plus

de cette balance

_{manométrique,}

nous

utilisons _pour des études

_{spéciales (par}

_exemple

l’étude de

_{l’hystérésis}

des manomètres « Bourdon

»)

un manomètre à

piston

libre de forme

simple

et

classique,

consistant en un

_cylindre

dans

_lequel

peut

coulisser un

_piston

de diamètre

_parfaitement

connu, la

_{poussée hydrostatique}

à mesurer étant contrebalancée par des

poids suspendus

à une

rotule

_s’adaptant

à l’extrémlté libre du

_piston.

Ce

_{préambule ayant}

servi à définir la nature des

appareils

que nous

_utilisons,

_je

_passerai

maintenant

à

_l’exposé

des études et travaux réalisés à l’I.B.H.P.

en

_indiquant

dans chacun des cas les _moyens

spéciaux

mis en oeuvre.

Exposé

des recherches.

1. Section des hautes

_{pressions statiques.}

-Dans le domaine des

_hautes

_pressions

_statiques

deux

types

de travaux ont retenu notre

attention,

les pre-miers relatifs à l’étude des variations de certaines

grandeurs physiques,

en

_particulier

la

_température

de fusion et la

température

de transformation de formes

polymorphes,

de _{substances pures} et de solutions concentrées _{de substances pures, recherches dont} les résultats

_pourront

être

_intégrés

dans les théories modernes des états

_liquide

et solide et des

phéno-mènes de transition «

_{ordre-désordre » ;}

les seconds

se

_rapportant

à des

_{problèmes plus précis}

sur l’état

des matériaux soumis à de très hautes

_pressions.

Dans les

_premiers

de ces travaux se

_place

la

conti-nuation des études que

j’avais poursuivies

jus-qu’en 1 g4o

sur

_l’analyse

_{piézométrique,}

et en

par-ticulier la détermination avec

_grande

_précision

de

l’influence de l’élévation de

_pression

sur les

tempé-ratures de fusion et _{de transformation de corps}

purs

et de

_mélanges

binaires

_organiques

ou

inor-ganiques (solutions

concentrées).

Ces

travaux,

dont

_{l’importance}

au

point

de vue

théorique

et les résultats vous ont été

_signalés

par M.

Timmermans,

ont entre autres, comme buts

de définir une échelle

manométrique,

_comparable

à l’échelle

_{thermométrique,}

et _{d’étudier les}

pro-priétés

thermodynamiques

sous

_pressions

élevées

de substances

_organiques

et de leurs

_mélanges

binaires.

Ces recherches sont réalisées au _{moyen de}

l’ana-lyse

piézométrique,

qui

consiste à étudier la courbe de variation de la

_température

de fusion ou de transformation sous l’influence d’une chute

_régulière

de

_pression,

à

_température

constante. Les

_résultats,

ainsi que

j’ai

pu le montrer au cours des travaux

publiés

dès

_ig36,

sont

_remarquables

et la méthode est d’une

_grande

_rigueur.

La. réalisation

_technique

de cette méthode est

assez

_compliquée,

surtout si l’on veut _{pousser les} recherches

_jusqu’à

des

_pressions

de l’ordre

de I o ooo

_atm,

comme nous le faisons actuellement.

En

effet,

il est nécessaire :

io d’avoir une bombe-laboratoire

_séparée

du corps de presse, afin de

pouvoir

la maintenir à une

température

parfaitement

constante;

20 de

_posséder

un

_système

_permettant

d’effectuer

une chute de

_{pression régulière}

et très lente dans la

bombe-laboratoire,

les variations de volume devant être très

_faibles,

afin

_qu’à

tout moment la substance étudiée se trouve en

_équilibre.

En ce

_qui

concerne ce deuxième

_point,

la méthode la

_{plus rigoureuse}

est celle

_qui

consiste à utiliser

une _{pompe à entraînement}

_mécanique

du

_piston

et à actionner celui-ci au _{moyen d’une}

_horloge

à

poids

ou d’un moteur

_{démultiplié.}

Précédemment

nous avons utilisé chacun des deux

_systèmes,

de manière à réaliser des chutes de

_{pression régulières}

de l’ordre de 5 à I o atm à l’heure

Je _{n’entrerai pas dans les détails de} ces

_appareils,

qui

doivent être en outre combinés à un

_système

de

photographie

automatique

du manomètre.

Actuellement,

l’un des assistants de

_{l’Institut,}

M.

_Trappeniers,

a réalisé un

_appareil

de chute de

pression

basé

sur le

_principe

d’une f uite

_réglable,

appareil

dont la

_description

mérite d’être faite

(photographie

4).

La haute

_pression

est obtenue à l’aide d’un

amplificateur

à

_piston

différentiel d’un

_rapport

i

à

_18,

rendu

_parfaitement

_{étanche par des}

_joints

glissants, automatiques.

Un

_système

de fuite fait tomber lentement la basse

_pression

de

l’amplifi-cateur, causant ainsi un recul du

_piston

différentiel et une

_augmentation

lente du volume dans la

_partie

soumise à haute

_{pression. L’espace}

dans le

_cylindre

amplificateur, compris

entre la

_grande

et la

_petite

section du

_piston,

suit fidèlement cette variation de volume tout en la

_multipliant

_{par le}

_rapport

des sections du

_piston

moins la

_petite

section : soit environ i à _17. Cet espace est mis en communi-cation par l’intermédiaire d’huile et de mercure à

une cellule de mesure _{formée par} un tube de verre

de 3 mm de

_diamètre;

à la

_partie

inférieure de cette cellule se trouve un contact fixe en

_platine

et à sa

partie

supérieure

un contact mobile.

494

dispositif

électromagnétique,

permettent

de mettre la cellule de mesure en

communication

soit avec un

réservoir

à mercure, soit avec

l’espace

entre les

deux

_pistons,

dont on veut mesurer la variation

de volume.

Au début de

_{l’expérience}

le robinet isolant la cellule est

fermé,

l’autre robinet donnant accès à la réserve de mercure étant ouvert. La cellule se

remplit

lentement

_jusqu’à

ce _{que le} mercure ferme

le contact

_supérieur,

faisant ainsi simultanément s’ouvrir le

_premier

robinet et se fermer l’autre.

Le mercure de la cellule

s’écoule,

aspiré

par

l’aug-mentation de

_l’espace

entre les deux

_pistons.

_Lorsque

le contact inférieur est

_interrompu,

le même

dis-positif électrique

ferme de nouveau le

premier

robinet et ouvre le

second,

de sorte que la cellule

puisse

se

remplir

de nouveau. En même

_temps

l’impulsion électrique

actionne l’obturateur d’un

appareil photographique,

enregistrant

ainsi une

_photo

du manomètre sur un film mobile.

De cette

_façon

on

_prend

une série de

photogra-phies

du manomètre à un intervalle de volume

exactement _{donné par le volume délimité par les} deux contacts

_{électriques.}

La

_pesée

du mercure

_{qui remplit}

la cellule

permet

de calibrer très exactement son volume. En fait

la

_précision

n’est limitée que par la

reproductibilité

des contacts

_{électriques;}

elle

_peut

atteindre 1

mm3,

soit pour i

cm3,

le

1 /Ioooe.

Tenant

compte

de

l’am-plification

de i à 17 dans

l’espace

entre les

pistons

et

_également

des écartes- sur le diamètre du

cylindre

on

_pourrait

obtenir le

_I/500e,

à condition alors de réaliser une constance de

_température

à 0°,i. Ainsi que

je

vous l’ai

_signalé

_tantôt,

dans cette section se

poursuivent également

des recherches sur la résistance des aciers à haute

_pression

et en

particulier

l’étude des diverses

_{caractéristiques}

des tubes soumis à des

_pressions

élevées : cette

étude,

dont les résultats doivent servir à définir des théories

sur le

_comportement

des tubes à haute

_pression,

a été réalisée de manière à

_pouvoir

déterminer la limite

_élastique

du métal et _{de suivre le} compor-tement du tube

_jusqu’à

la

_rupture.

a. Etude sur l’éclatement des tubes. - Le but de cette étude

_{expérimentale}

_{aussi bien que}

théorique

est de fournir une _{base sûre pour le calcul}

des

_appareils

travaillant à très haute

_pression

et pour l’étude des tubes à

parois

multiples.

On sait

en _{effet que la théorie de la résistance des matériaux}

sous sa forme

habituelle,

devient insuffisante

lors-qu’elle

est

_appliquée

à des

_cylindres

_épais

devant résister à une

_pression

interne élevée.

_Bridgman

par

exemple

a montré _{que de tels}

_cylindres

_peuvent

supporter

des

_pressions

excédant de

4

à 5 fois celles

prévues

par la théorie ordinaire. Cet effet est

dû,

semble-t-il,

à des

_propriétés

_spéciales

de l’état

plastique

que

prennent

les couches internes du

tube,

propriétés

très mal connues encore

_jusqu’ici.

Il en

résulte que les méthodes de calcul pour

appareils

à hautes

_{pressions, extrapolées}

des théories

ordi-naires,

contiennent

_toujours

une sérieuse

_part

d’empirisme.

En

_général

ces méthodes

_partent

d’une

_analyse

mathématique

des états de tension dans la

_paroi

du tube

_qui

conduit à une relation entre la

_pression

interne et les tensions radiales et

_{tangentielles}

dans la

_paroi.

On est

_obligé

alors d’introduire

dans le raisonnement un critère

_simple

de .limite

d’élasticité ou de

_rupture

afin de

_pouvoir

calculer les états

_critiques

_{pour le tube}

_global.

Seule une

étude

_{expérimentale}

de l’éclatement de tubes

peut

conduire à la connaissance

_parfaite

d’un tel critère. La

_technique

des essais

_{d’éclatement}

à haute

pression

est difficile

et,

à notre

connaissance,

les travaux de Cook et Robertson ne

_dépassant

_pas

quelques

2 ooo atm sont les seuls de ce _genre

_jusqu’à

présent.

A la lumière de ces

_faits,

on voit l’intérêt

que revêt une étude

systématique

des conditions

de

_gonflement

et de

_rupture

de tubes

_{épais jusqu’à}

des

_pressions

de 5 ooo atm comme nous l’avons

entreprise,

d’autant

_plus

_{que, par}

_comparaison

des résultats d’éclatement de tubes avec des essais

mécaniques

simples

sur des

_éprouvettes

tirées de

ces mêmes

tubes,

nous

_espérons

rattacher le critère

d’élasticité et de

_rupture

aux

_{caractéristiques}

des matériaux données par les essais

mécaniques

habi-tuels.

495

une contribution sérieuse à la théorie des

enve-loppes

épaisses

qui

permettra

de calculer avec

certitude les tubes devant résister à très haute

pression

et d’entamer ensuite sur cette base certaine

une étude de

_frettage

de tubes.

Appareillage

de recherche. - Le

tube à essayer est soumis à une

_pression

intérieure croissante

obtenue _par

_compression

d’huile au _{moyen d’une}

pompe

primaire

à 800

kg :

cm2 et d’un

cylindre

à

piston

différentiel.

_{L’augmentation}

de volume résul-tant du

_gonflement

se mesure en introduisant le

tube en essai dans un second tube de diamètre

double,

le tout formant un

_système

étanche.

Le

_remplissage

du tube extérieur se _{fait par} une

ouverture

_ménagée

dans le tube extérieur et l’étan-chéité est réalisée

_grâce

aux deux rondelles en

caoutchouc;

un

_joint

mobile

_permet

la fermeture du tube extérieur à une extrémité.

_L’espace

annu-laire

_rempli

d’huile est en connexion avec un

appareil

de mesure de volume suffisamment

_précis

(±

o,05

cm3).

Cette mesure _{s’effectue par la lecture}

du niveau d’huile dans une burette

_graduée

jus-qu’à

oo cm3. Le

remplissage

de cet

_appareil

est réalisé par les deux arrivées d’huile. Les robinets

permettent

le

_réglage

du niveau d’huile dans la burette

_{(photographie 5).}

Le volume de l’huile

_augmente

de

_0,4

em2 _pour

nne élévation de

_température

de i

degré.

Il est

donc nécessaire de thermostatiser la salle aussi bien que

possible

et d’effectuer les corrections nécessaires aux lectures du volume. Cette variation a une

_grande

_importance

relative dans la

région

du domaine

_élastique,

l’erreur

_pouvant

dans ce cas

atteindre

_1/200e.

Nous _{n’avons pas} tenu

_compte

des effets dus à l’échauffement de l’huile lors de la

_compression,

ceux-ci étant

_{négligables,}

vis-à-vis des autres causes

d’erreurs.

A

_chaque

instant on

_peut

suivre

_{l’augmentation}

du

_gonflement

en fonction de l’élévation de

_pression

et ce

_jusqu’à

l’éclatement. Si

_chaque

lecture s’effectue à

_{l’équilibre parfait,}

on _pourra tracer un

_diagramme

ayant

une

signification physique simple.

La lecture

des

_pressions

s’effectue au manomètre Bourdon.

Nous

n’avons,

_{jusqu’à présent}

tiré aucune conclu-sion des observations faites sur le

_gonflement

_qui

obéit à une loi

_complexe

due aux effets

_superposés

de la

_pression

_interne,

et des tensions radiales et

tangentielles

du tube. On a

_simplement

observé

que le tube

gonfle

d’abord uniformément sur toute

sa

_{longueur, puis}

éclate à l’endroit de moindre résistance.

Par

contre,

les

_graphiques

obtenus en

_portant

en

ordonnée la

_pression

_agissant

à l’intérieur du tube et en abscisse la valeur du

_gonflement,

montrent que la courbe obtenue de cette

façon

correspond

exactement à la courbe des

efforts

obtenus

alloyements

,à

_partir

de l’étude d’un acier en traction

_simple.

Nos études ne sont _{pas suffisamment avancées}

496

ce

_premier

résultat nous incite à

_{espérer beaucoup}

de la suite de ces travaux, ainsi _que nous l’ont

montré les

_premières

études

_théoriques

de _la

ques-tion,

études faites en relation avec nos résultats

expérimentaux

par M. Goldschmidt et par M.

Sari-ban,

tous deux assistants à l’Université Libre de Bruxelles.

b.

_Hystérésis

des tubes

_{manométriques.}

-L’étude de

_{l’hystérésis}

_que

_présentent

_{les tubes pour} manomètres

_mécaniques

du

_type

Bourdon est

également

poursuivie

dans cette section : cette

étude,

qui

en est à ses

_débuts,

a

_déjà

permis

de

définir

_{quelles qualités}

d’acier conviennent le mieux pour ces manomètres

_d’usage

courant.

A. On sait que les membranes et tubes

manomé-triques

utilisés comme

_système

de détection de la

pression

présentent

des

_{phénomènes d’hystérésis}

extrêmement

_marqués

_qu’il

est difficile d’éliminer même si le manomètre a subi de nombreuses mises sous

pression

en vue de le vieillir. Ce

_phénomène

peut

être défini comme suit : si l’on observe les

indications d’un manomètre nouvellement

_fabriqué

par

rapport

à celles _{données par} une balance

mano-métrique,

on

_{s’aperçoit}

_{que lors de la} montée de la

_pression,

les indications du manomètre sont entachées d’une erreur _par

défaut,

_présentant

un maximum vers le milieu de l’échelle et _{que lors} de la

_descente,

ces indications

_présentent

une erreur

par excès

(hystérésis totale).

Si l’on vieillit le tube

manométrique

par un traitement

_thermique

ou

par mises sous

_pressions

successives en

_augmentant

la

_{pression jusqu’à}

une valeur maximuih

_supérieure

d’environ 5o _pour ioo à la valeur maximum normale

d’utilisation,

on

_{s’aperçoit}

_que ces erreurs diminuent sans toutefois s’annuler

_{complètement.}

B. A cette

_première

cause d’erreur s’en

_ajoute

une seconde

_{qui échappe}

souvent aux

_{utilisateurs,}

du fait de la construction même des manomètres : celle-ci est due à ce _que

_l’aiguille

du manomètre

revient

_après

un

_temps

_plus

ou moins

_long

_{de repos}

à une

_position

inférieure à sa

_position

de

zéro;

cette variation se

_produit

même avec des

mano-mètres

_parfaitement

vieillis. Elle est difflcile à

déceler,

l’aiguille

étant

_{généralement}

arrêtée à la

_position

du zéro

_{(hystérésis}

_négative

du

_zéro).

C. En troisième

lieu,

la valeur du zéro varie avec

le

_temps

et le nombre des mises sous

_{pression :}

cette variation se fait dans le sens

_positif

c’est-à-dire que

l’aiguille

du manomètre ne revient pas

à

zéro,

alors que la

pression

est redescendue à la

pression

atmosphérique (hystérésis

du

_zéro).

Cette variation du zéro se

_produit

_{principalement}

_lorsque

le manomètre _{n’a pas été suffisamment vieilli} ou .

quand,

par suite d’une erreur de manoeuvre, le manomètre a été soumis à une

pression

_trop

élevée :

il semble donc

_plus

facile de

_s’y

soustraire.

Programme

des recherches. - Les méthodes uti-lisées actuellement tant au cours du vieillissement

des manomètres que de remises à

zéro,

sont des méthodes

_purement

_empiriques,

_uniquement

basées

sur des données

_{qualitatives,}

_{observées pour}

_chaque

type

de tube ou de membrane

_{manométrique.}

Il convenait d’étudier

_{systématiquement}

_le

pro-blème,

aussi le _programme suivant a-t-il été

_{adopté :}

Un

_premier

travail de

_{dépouillement}

du

_problème

sur les

_types

habituels de membranes et de tubes

manométriques

a été entamé. Ce travail consiste à définir exactement les différents

_phénomènes

d’hystérésis

en fonction du nombre des mises sous

pression,

du

_temps

de mise en

_charge,

du

_temps

de mise sous

_pression,

du

_temps

_{de repos. Les} pres-sions réelles sont _{données par une} balance

mano-métrique

et

_{éventuellement}

_par des manomètres étalons

_fréquemment

vérifiés.

Devant la

_complexité

du

_problème

nous avons

divisé le travail en deux

_{parties :}

I° étude de la variation du

zéro;

20 étude de

_{l’hystérésis}

elle-même.

Au cours de la

_{première partie}

des

recherches,

nous nous sommes limités à étudier la stabilité du zéro

_{(détermination}

de la variation

_globale

du

zéro)

de diff érents tubes en fonction des variables

suivantes :

Io la

_composition

de l’acier du tube

_{manométrique;}

20 son

recuit;

3° le nombre de mises sous

_pression,

c’est-à-dire

le vieillissement du

_tube;

4°

la valeur de la

_pression

maximum

atteinte;

50 le

_temps

_{de repos}

_après

une mise en

_charge

( 1 5

mn);

60 la durée de mise sous

_{pression (5 mn).}

Nos

_premiers

essais ont

_porté

sur des tubes en

acier de trois

_types

différents de la

_Compagnie

des

Compteurs

et Manomètres de

_Liége,

les revenus

étant pour chacun d’eux de

250,

35o et

_{450o :}

Io acier

_inoxydable;

2° acier au

Cr-Ni-Mo;

3° acier à ressort Si-Mn.

Afin de

_simplifier

la

_question,

nous avons fixé à 5 mn la durée de mise sous

_pression,

et nous avons

constaté

_qu’après

I5 mn _{de repos à la}

_pression

atmosphérique,

le zéro était

_{complètement}

stabilisé. Pour un tube en acier dont la

_composition

et le

recuit sont

_définis,

les variables se réduisent donc à

deux,

dont la détermination est d’ailleurs liée : d’une

_part,

le nombre de mises sous

_pression,

d’autre

part,

la valeur de la

_pression

maximum atteinte. Les mesures _{furent effectuées par tranches}

497 nombre a _{été tel que pour}

_chaque

_pression

on

obtienne ’ une stabilisation du zéro. Au

_voisinage

de la limite

_élastique

nous avons fait des mesures

par tranches de 5o

kg :

cm2.

Les

_élongations

réelles du

tube,

amplifiées

et transmises par un miroir

_tournant,

sont mesurées par voie

optique,

ces

_élongations

se traduisent

finalement par le

_déplacement

d’un

_spot

lumineux

sur une échelle

_graduée.

Le

_rapport

entre ces deux

grandeurs

étant

_{préalablement}

_défini,

il est

_possible

d’étalonner l’échelle à i

kg :

cm2

près, quoique

le

rapport

ne soit pas linéaire sur toute l’étendue de

l’échelle.

La

_pression

est obtenue au _{moyen d’une pompe}

primaire

à avancement

_mécanique

du

_{piston :}

cette

pression peut

être mesurée à

_chaque

instant sur un

manomètre auxiliaire.

Lia

_température

de la salle fut maintenue

cons-tamment aux environs de 20°, celle-ci

_influençant

légèrement

la

_position

du

_spot.

Cette méthode n’est pas extrêmement

rigoureuse;

elle nous a toutefois

_permis

de mettre en évidence

la limite

_élastique

des différents tubes.

En

outre,

les résultats suivants ont

_déjà

_{pu être}

acquis :

a. Toutes les courbes obtenues en

_portant

en

abscisse les

_presssions

et en ordonnée les mesures

de la variation totale du

zéro,

ont mis en

_évidence,

dans leur

_{première partie,}

un

_{déplacement important}

du zéro. Ceci

_peut

être attribué au fait que le tube

subit un

_{réarrangement}

d’ordre

_purement

méca-nique,

lors de sa

_première

mise sous

_pression.

b. La

_longueur

de chacun des

_paliers

délimite

le domaine de stabilité du

manomètre,

c’est-à-dire

son domaine

_élastique.

_{Dès que le}

_point

d’inflexion a été

_dépassé,

on atteint le domaine

_plastique

où les déformations restent

_permanentes.

2. Section des hautes

_{pressions dynamiques.}

- Dans cette section nous avons à l’étude l’in-fluence de la vitesse de mise en

_charge

sur les

_qualités

de l’acier et des métaux non ferreux. Cette

_recherche,

consiste à étudier les

_allongements

de la limite

élastique,

la

_charge

de la

_rupture

_{d’éprouvettes}

soumises à des tractions

_brusques.

Ces tractions sont obtenues _par la mise en

combus-tion de

_poudres

_plus

ou moins vives à l’intérieur

d’une bombe-laboratoire. Les _{gaz de la} combustion

agissent

sur l’embase d’un

_piston

se trouvant à l’intérieur de la bombe : ce

_piston

est solidaire de

l’éprouvette

à étudier. Celle-ci est attachée à l’exté-rieur de la bombe dans un

_flasque

lui-même fixé par

quatre

tenons à un des côtés de la bombe

(photographie

6).

La

_pression

instantanée

_(vitesse

de mise en

_charge

de l’ordre de

_¡/IGaae

de

_seconde)

est

_enregistrée

au

moyen d’un

piézomètre

à

_quartz

et

_{l’allongement}

concomitant de

_{l’éprouvette}

est

_enregistré

au

moyen d’un

appareil

à cellule

photoélectrique.

Les résultats de cette

_enquête

ont

_{été jusqu’à}

présent

assez confus

quoique correspondant

à ceux

qui

ont été obtenus dans

_quelques

laboratoires

498

États-Unis.

En

_résumé,

on

_peut

_{dire que l’on n’a} pas observé de

grandes

différences dans le

compor-tement des aciers soumis à une traction lente ou

à une traction par choc. Au

_point

de vue de la

mécanique

interne,

il n’a pas été

possible

d’étudier les différences de

comportement

du métal soumis à de tels efforts : aussi avons-nous décidé de

_reprendre

l’étude de ce

_problème

sur des

_éprouvettes

en cuivre

_{électrolytique.}

En

_outre;

nos travaux nous ont _{montré que si}

nous voulions que des résultats

_puissent

être tirés

de notre _{méthode d’étude des aciers par traction}

dynamique,

nous devions nous attacher à rendre

la méthode encore

_plus

_précise,

de

_façon

à être certains de ne _{pas attribuer à des}

_phénomènes

secondaires,

des résultats d’observations difficilement

explicables

à

_première

vue. Il

_s’agit

en tout

_premier

lieu des vibrations observées au cours de

l’enre-gistrement

de

_{l’allongement,}

vibrations dont nous ne sommes _pas encore _{parvenus à déterminer la} cause et la nature réelles. De même nos observations

doivent être faites avec

_plus

de

_précision

en ce

_qui

concerne la détermination du module

d’élasticité,

afin d’en observer une variation éventuelle avec la vitesse de mise en

_charge.

A ces

_conditions,

nous _croyons

_pouvoir

_{dire que}

cette méthode sera à même de donner des

rensei-gnements

nouveaux sur le

_comportement

de la matière soumise à un choc ou une traction

_brusque,

et _{par là même contribuer à la connaissance des}

matériaux soumis aux hautes

_pressions.

3. Section de recherches

_{spectroscopiques}

à haute

_pression.

- Il est inutile de _vous

rappeler

que l’une des

questions

qui

dominent la

physico-chimie est celle de la connaissance des

_champs

de force

_développés

_{par les molécules.} En

_effet,

ces

champs

de force conditionnent un

_grand

nombre de

_{phénomènes physicochimiques, parmi lequels}

on

_peut

citer la cohésion des

liquides

et des

solides,

les écarts des

_{comportements}

réels des _{gaz par}

rapport

à ceux des _gaz

_parfaits,

ainsi que de solutions réelles par

rapport

aux solutions

idéales,

la solu-bilité

_réciproque

des

substances,

les

_phénomènes

d’absorption,

et enfin les réactions

_chimiques

en

général.

Or,

les _moyens

_{d’investigation plus}

ou moins

directs de ces

_champs

étant rares, il est _apparu

au Professeur d’Or de l’Université de

_Liège

_{que les} méthodes

_{spectroscopiques}

et tout

_{spécialement}

l’étude des

_spectres

de vibration

_comptent

_parmi

celles dont on

_{peut espérer}

le

plus :

en

_effet,

les

vibrations intramoléculaires en

_général

_peuvent

être influencées _{par les}

_champs

_{créés par les molécules}

voisines;

et les vibrations intramoléculaires se

manifestant dans les solides et les

_{liquides, dépendent}

directement de ces

_champs.

Ces différentes

vibra-tions sont ainsi

_susceptibles

_{d’être modifiées par}

un

_{rapprochement}

entre les molécules et _par

consé-quent,

sous l’effet d’une vibration de la

_pression

_à

laquelle

la substance ou le

_mélange

de substances

considéré est soumis.

Nous avons

_envisagé

tout d’abord l’étude de l’effet de

_pressions

de

_quelques

_centaines,

_puis

de

quelques

milliers

_{d’atmosphères}

sur les

_spectres

d’absorption

infrarouges

de diverses substances

et

_plus

_{spécialement}

_{d’hydrocarbures}

et de dérivés

d’hydrocarbures; après

avoir mis au

_point

un

mon-tage permettant

de travailler à la

_température

ordinaire,

nous voudrions tenter de

_l’adapter

aux

basses

_{températures}

où les

_spectres

sont

généra-lement

_plus

_simples

et d’une

_analyse

_plus

aisée Nous

_projetons

d’étendre ces études aux

_spectres

de

diffusion;

la chose

_présentera

évidemment de

plus

grosses difficultés

_techniques,

notamment à

cause de la nécessité de se servir des fenêtres de dimensions

_plus

_grandes

_{que pour}

_{l’absorption.}

Nous pensons

également

que de telles études pour-suivies

_{systématiquement}

sont

_{capables d’apporter}

des données d’une

_portée

_{plus grande}

_{que celles}

auxquelles

on

_parviendrait

en étudiant l’influence

des hautes

_pressions

sur

_{quelques systèmes}

chi-miques

au double

_point

de vue vitesse de réaction

et

_{équilibre chimique.}

Efat d’avancement des travaux. - Les travaux de

cette section n’ont pas encore été réellement

entamés,

la mise au

_point

des

_appareils

à haute

_pression

étant encore en cours actuellement : ces

_appareils

se

_{composent :}

i° _{d’une pompe à} 2 5oo

_{kg :}

cm2 à avancement

mécanique

du

_{piston, identique}

à celle décrite tout à

_l’heure;

20 d’un

_appareil

de mesure avec fenêtres en

quartz;

30 d’un

_appareil

_{pour la}

_séparation,

sous

_pression,

du

_liquide

de

_{compression primaire (huile),}

du

liquide

de

_compression

secondaire

_(mercure)

et du

liquide

ou du _gaz à étudier. Cet

_appareil,

d’une

conception

nouvelle,

est en construction et est réalisé par un de nos techniciens.

4. Section de

_{bactériologie.}

- Les effets

bio-logiques

des hautes

_pressions

ont

_déjà

fait

_l’objet,

à

_{l’étranger,}

de

_plusieurs

travaux,

notamment en

France de Macheboeuf. Ces travaux ont

_consisté,

en

_particulier,

à déterminer la résistance aux hautes

pressions,

d’une

_part

de diverses formes de la vie dans le monde des infiniment

_petits

_(bactéries,

spores,

virus,

bactériophages),

et d’autre

part

des substances du sérum en cause dans les réactions

immunologiques

(anticorps

divers,

isoagglutinies

des groupes

sanguins).

Il a _paru au Professeur

Bordet,

Directeur de l’Institut Pasteur du

Brabant,

à ce dernier

_point

de vue

_notamment,

_qu’il

était