Description et mise en œuvre des techniques de caractérisation

Mesure de l’expansion volumique

Principe Le principe général de la technique de mesure d’expansion volumique consiste à mettre en contact un volume connu de DMSO avec du CO2 dans une cellule munie de fenêtres en saphir et de mesurer visuellement l’évolution du volume de la phase liquide en fonction de la pression (Figure 2.1.).

Description du dispositif et procédure expérimentale

Le schéma général du dispositif est présenté sur la Figure 2.2. Cet appareillage (Sitec, Suisse) est conçu pour réaliser des mesures d’équilibre de phases dans des gammes de pression et de température atteignant respectivement 50 MPa et 473 K. La cellule de mesure est équipée d’une double enveloppe avec circulation d’un fluide caloporteur (eau) et de deux fenêtres en saphir positionnées face à face : l’une pour l’éclairage au moyen d’une lampe froide et l’autre pour l’observation. La chambre de la cellule est un cylindre vertical dont le volume intérieur est de 93,89±0,10 ml (connectiques incluses). Un volume connu de DMSO est introduit initialement au moyen d’un pompe seringue (Modèle ISCO 260D) avec une précision de ±0.01 ml. Puis un séchage sous vide est réalisé pendant 30 minutes par le biais d’une pompe à vide connectée à la cellule. Par ailleurs, le volume mort entre la cellule et la pompe doit être pris en compte et est estimé à 2,04±0,1 ml. La température de la cellule est contrôlée précisément (±0,2 K) avec un bain thermostaté au moyen d’une sonde de température PT100. La pression est ajustée précisément (±0,1 MPa) et maintenue constante au moyen d’une pompe à piston manuelle, équipée d’un système de réfrigération permettant de liquéfier et comprimer aisément le CO2. De plus, la cellule est munie d’un agitateur magnétique permettant d’homogénéiser le mélange.On estime que l’équilibre thermodynamique est atteint dès lors que les paramètres de pression et de température sont constants, soit respectivement ±0,01 MPa et ±0,1 K. D’une manière générale, on a pu constater que l’équilibre était atteint en 30 min (environ). Puis l’agitation est arrêtée et, lorsque que ces paramètres sont à nouveau stables, la mesure de l’expansion volumique est réalisée par la capture d’images au moyen d’une caméra numérique.

Mise au point de la méthode

La méthode de mesure de l’expansion volumique consiste à observer à partir de clichés, l’évolution du volume de la phase liquide du mélange (E) en fonction de la pression (Figure 2.3.). Elle est définie telle que : 100 ( , ) ( , ) ( , ) (%) 0 0 0 0 ⋅ − = V T P V T P V T P E (2.1) V(T,P) est le volume de la phase liquide à la pression P et la température T, V0(T,P0) est le volume de la phase liquide à la pression atmosphérique et à la température T. Figure 2.3. Schéma de principe de la méthode de mesure Préalablement, nous avons réalisé à la pression atmosphérique un étalonnage du volume en fonction de la hauteur de liquide. Celle-ci est déterminée par rapport à la position du ménisque par analyse d’image avec le logiciel Image J (National Institute of Health, USA). Cet étalonnage consiste à introduire un volume précis de DMSO dans la cellule par le biais de la pompe seringue. Le volume est relié à la hauteur de liquide mesurée (Figure 2.4.) avec un coefficient de corrélation de 0,9998. En outre, l’incertitude de mesure sur la hauteur de liquide est de ±2 pixels.