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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le recours relativement récent aux hautes pressions - au-delà de 50 MPa typiquement - progressant ou constituant une potentielle technologie de rupture dans de plus en plus nombreux domaines, comme la pharmaceutique, l'agroalimentaire ou l'automobile, le présent article entend apporter les éléments d’information suffisants, tout en fournissant les recommandations nécessaires, pour cerner les tenants et aboutissants qu’implique tout projet de mesures sous haute pression ; la première partie décrit les équipements où de telles mesures peuvent être effectuées, leur cadre réglementaire et normatif, leurs caractéristiques principales, leurs spécificités et leurs limites ; la deuxième partie décrit les techniques de mesure qui peuvent y être mises en œuvre.
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The resort to high pressure - above 50 MPa typically - being on the rise or otherwise often constituting a disruptive technology in a growing number of fields, e.g. pharmaceutical, nutritional or automotive, this article intends to provide any project aimed at carrying out measurements under high pressure with relevant information and recommendations for assessing the implications of its implementation. The first part describes the European regulatory and prescriptive framework, the main and specific characteristics, as well as the limitations of the various suitable high-pressure equipments. The second part describes the measurement techniques that can be implemented therein.
Auteur(s)
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Patrick LANGLOIS : Chargé de recherche au CNRS, Ingénieur ENSAM, Docteur en métallurgie de l’université Pierre-et-Marie-Curie - Université Sorbonne Paris Nord, UPR CNRS n° 3407 – LSPM, Villetaneuse, France
INTRODUCTION
Dans le domaine de la recherche, l’exploitation du paramètre pression est synonyme d’avancées scientifiques récurrentes, à l’instar de l’obtention récente d’hydrogène métallique, comme de levée fréquente de verrous technologiques quant à l’élaboration de matériaux nouveaux.
Dans le domaine de l’industrie, les hautes pressions (au-delà de 50 MPa typiquement) sont également synonymes de découvertes, même si leur substitution par d’autres procédés était jusqu’à récemment souvent vite recherchée. Par exemple, la croissance de l’utilisation de la haute pression par l’industrie chimique au 20e siècle avait conduit dans les années 30, en parallèle à l’invention du nylon, première fibre totalement synthétique, à la découverte du polyéthylène, matière plastique la plus connue aujourd’hui produite à 100 Mt/an. Dans la décennie suivante, les pressions requises pour la production à grande échelle de polyéthylène à faible densité avaient alors nécessité nombre d’améliorations, telles celles visant à augmenter la résistance à la fatigue des enceintes cylindriques à paroi épaisse utilisées, mais la recherche de conditions plus douces de température et de pression pour la polymérisation de l’éthylène avait ensuite conduit, à l’aide de métaux de transition, à la mise au point de systèmes catalytiques dans les années 50. Les applications des hautes pressions ne cessent toutefois de se développer, à l’instar de la réduction drastique du nombre de particules émises via l’injection d’essence à haute pression, de la pascalisation, méthode de pasteurisation à froid conservant les qualités nutritionnelles et gustatives des aliments, ou, via la pyrolyse à haute pression, du recyclage des plastiques.
De façon commune à toutes les applications des hautes pressions, le préalable à leur mise en œuvre porte sur le recours à des matériels adaptés, voire leur conception quand nécessaire, évoqués en première partie en raison des contraintes à connaître selon le niveau de pression recherché, et sur la capacité à y effectuer les mesures appropriées ; la seconde partie de cet article présente à cette fin les moyens d’acquérir des données sous haute pression. Sont décrites différentes méthodes spécifiques de mesure de grandeurs d’état (par exemple la température) et de propriétés de transport (par exemple la conductivité thermique), de spectrométrie Raman et infrarouge, ainsi que de caractérisation microstructurale par diffraction des rayons X et des neutrons.
Cet article, détaille les recommandations nécessaires à la réalisation de mesures sous hautes et très hautes pressions. En est toutefois exclu tout ce qui concerne l’approfondissement de points exhaustivement ou sommairement développés par d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur auxquels le lecteur est invité à se reporter, à savoir : la mesure des hautes pressions ; les dispositifs générateurs de pression (compresseurs, séparateurs, multiplicateurs et systèmes à vérin) ; les techniques de mesure spécifiques au domaine des pressions dynamiques.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
spectrometry | Thermodynamics | measurement technique | high pressure
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1994 par Jean‐Pierre PETITET
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
En anglais
2. Mesures sous pression
La simple observation d’un diagramme de phases montre que la seule connaissance des équilibres de phases à la pression ordinaire ne représente qu’une partie infime des conditions d’existence de la matière, la mesure des équilibres de phases sous pression faisant en l’occurrence l’objet de techniques expérimentales qui sont séparément décrites selon qu’il s’agit de méthodes en circuit fermé [J 1 030] ou ouvert [J 1 031]. Le besoin d’explorer au-delà de la pression ordinaire le comportement et la nature de la matière répond à un double objectif. Le premier, d’ordre fondamental, est d’acquérir la connaissance et la compréhension des phénomènes et des structures observables. Le second, d’ordre appliqué, est d’identifier puis d’améliorer voire optimiser les procédés d’élaboration ou de transformation de matériaux « innovants » car produits différemment ou présentant des propriétés ou comportements nouveaux ; la raréfaction des ressources et le développement de la chimie verte constituent à cet égard de nouvelles incitations à inclure les solutions qu’offrent les procédés HP en termes, par exemple, de faible consommation énergétique ou de sélectivité accrue.
On peut distinguer deux aspects dans l’effet de la pression sur la matière. Le premier est un aspect mécanique conduisant à un réarrangement parfois irréversible de la structure ; il est notamment utilisé dans l’industrie pour les techniques d’extrusion et de compaction, ainsi que pour la coulée et la solidification des métaux...
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Mesures sous pression
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NHIEN (S.), LANGLOIS (P.) - Quantitative analysis of grain alignment in ceramic Bi-2223 superconductor powder by pressure-assisted compression. - Physica C, vol. 281, p. 129–134, DOI 10.1016/S0921-4534(97)00157-3 (1997).
-
(2) - CHAMPION (Y.) et al - Near-Perfect Elastoplasticity in Pure Nanocrystalline Copper. - Science, vol. 11, p. 310-311, DOI 10.1126/science.1081042 (2003).
-
(3) - OGANOV (A.) et al - Ionic high-pressure form of elemental boron. - Nature, vol. 457, p. 863-867, DOI 10.1038/nature07736 (2009).
-
(4) - SOLOZHENKO (V.L.), BUSHLYA (V.), ZHOU (J.) - Mechanical properties of ultra-hard nanocrystalline cubic boron nitride. - J. Appl. Phys., vol. 126, n° 075107, DOI 10.1063/1.5109636 (2019).
-
(5) - ZHOU (X.) et al - High-pressure strengthening in ultrafine-grained metals. - Nature, vol. 579, p. 67–72, DOI 10.1038/s41586-020-2036-z (2020).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Des métaux à ultra haute résistance obtenus sous haute pression,
NORMES
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CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 1 : généralités. AFNOR. - NF EN 13445-1 - 2018
-
CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 2 : matériaux. AFNOR. - NF EN 13445-2 - 2018
-
CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 3 : conception. AFNOR. - NF EN 13445-3 - 2019
-
CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 4 : fabrication. AFNOR. - NF EN 13445-4 - 2016
-
CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 5 : inspection et contrôles. AFNOR. - NF EN 13445-5 - 2018
-
CEN. – Récipients sous pression non soumis à la flamme, Partie 6 : exigences pour la conception et la fabrication des récipients sous pression et des parties sous pression moulés en fonte à graphite sphéroïdal. AFNOR. - NF EN 13445-6 - 2018
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...
ANNEXES
[DESP] Directive 2014/68/UE du Parlement européen et du Conseil du 15 mai 2014 relative à l’harmonisation des législations des États membres concernant la mise à disposition sur le marché des équipements sous pression (JOUE L189 du 27 juin 2014).
Décret n° 2015-799 du 1er juillet 2015 relatif aux produits et équipements à risques, ayant transposé diverses directives européennes, dont la DESP, en droit français avec délais d'application par type de produit ou d'équipement échelonnés du 1er juillet 2015 au 17 octobre 2016 (JORF n° 0152 du 3 juillet 2015, NOR DEVP1422804D).
Arrêté du 20 novembre 2017 relatif au suivi en service des équipements sous pression et des récipients à pression simples, applicable depuis le 1er janvier 2018 (JORF n° 0282 du 3 décembre 2017, NOR TREP1723392A).
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Aubert & Duval (FR) – Aciers et alliages spéciaux :
Betsa (FR) – Équipementier HP :
Delphi Technologies (GB) – Équipementier automobile :
Equilabo (FR) – Équipements de laboratoire :
Maximator France (FR)...
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