Techniques de mesure sous haute pression

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 20^e 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.