Essais & Simulations 148

ESSAIS ET MODÉLISATION

ESSAIS ET MODÉLISATION dans l’hydrogène – et dont les équipes fraichement constituées découvrent ce domaine si particulier. ALLER TOUJOURS PLUS LOIN DANS LA CONNAISSANCE DE L’HYDROGÈNE ET DE SON IMPACT De plus en plus d’applications nécessitent aujourd’hui l’usage de la simulation numérique. « C’est le cas notamment d’un de nos clients qui était confronté à des risques de casses mécaniques lors de l’introduction d’hydrogène. Avec notre logiciel Comsol Multiphysic, il est parvenu à simuler l’impact du gaz sur l’acier et le comportement de l’équipement ». Autre exemple, dans le domaine du stockage géologique de l’hydrogène cette fois, la simulation a permis de modéliser le sol afin de déterminer s’il était en mesure d’absorber et de stocker le gaz à injecter. France, « une partie de nos clients travaille dans ce domaine depuis longtemps. Toutefois, la nouveauté réside dans le fait qu’ils font face à des problématiques techniques de plus en plus complexes ». En effet, la dynamique que rencontre ce marché en plein essor fait que les connaissances progressent désormais plus vite et que chacun est à la recherche du moindre gain d’optimisation ; « on repousse continuellement les limites, en particulier dans les piles à combustible et les électrolyseurs, des procédés déjà complexes en soi mais dont on tend encore à optimiser l’espace, l’efficacité et le rendement, d’où le recours croissant à la simulation numérique ». C’est le cas à la fois des jeunes sociétés ou start-up se lançant dans l’aventure mais qui ont peu de connaissances en matière de simulation, ou à l’inverse, de grands industriels qui démarrent Pour ce faire, le logiciel Comsol Multiphysics se révèle particulièrement complet pour répondre aux multiples défis des industriels, « en raison notamment de sa versatilité (qui en fait un outil pouvant être utilisé dans un maximum de configurations différentes et pas restreint à un cadre d’utilisation), de son ergonomie (prise en main rapide) et naturellement de son caractère multiphysique ; parmi les modules phares, notons par exemple le CFD qui permet de simuler les écoulements monophasiques et multiphasiques ou encore le module de quantification des incertitudes de mesure, prenant en compte des tolérances de quelques microns sur des catalyseurs par exemple en production ». Autre aspect important, la qualité du support technique permettant aux utilisateurs « de nous faire part de leurs projets afin qu’on les accompagne au mieux » ● Olivier Guillon 24 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022

DOSSIER TECHNOLOGIE La mesure du taux de bulles au service de la sécurité de l’hydrogène Dans cet article, Alain Bruère, expert en mesure capacitive au sein de la société toulousaine AllianTech, revient sur le phénomène de formation de cavitation (ou de bulles) lors du passage d’un liquide sous pression dans une canalisation… et surtout sur les moyens de mesurer le taux de bulles notamment lorsque le liquide en question sert à alimenter un moteur. Alain Bruère, expert en mesure capacitive au sein de la société toulousaine AllianTech Un liquide sous pression circulant dans une canalisation est toujours soumis au phénomène de cavitation (formation de bulles de vapeur). Lorsque le liquide est de type cryogénique, celui-ci peut être accentué par un gradient de température. Ce phénomène de bulles diffère selon que le fluide circule dans une canalisation verticale ou horizontale. Dans le premier cas, la taille et la forme des bulles varient beaucoup, mais le plus souvent, elles sont quasi-sphériques et beaucoup plus petites que le diamètre du tube. Contrairement au cas du canal vertical, le flux de bulles dans le canal horizontal est fortement influencé par la force de gravitation. En raison de la flottabilité, les bulles sont dispersées dans le liquide avec une concentration plus élevée dans la moitié supérieure du canal. Ce régime se produit généralement à des débits plus élevés, car à des débits plus faibles, la force de gravité tend à drainer l’anneau liquide vers le bas du canal, ce qui entraîne un écoulement stratifié. LA NÉCESSITÉ DE CONTRÔLER LA PROPORTION DE BULLES Ce phénomène revêt une importance particulière lorsque le fluide sert à alimenter un moteur cryogénique ou la turbomachine d’un aéronef. En effet, la quantité d’énergie contenue dans une bulle de vapeur est très faible comparé à celle du liquide. Aussi, si la quantité de bulles atteint un certain seuil, la force propulsive du moteur va trop diminuer, ce qui peut avoir des conséquences catastrophiques. Il est donc important de pouvoir contrôler la proportion de bulles. Le taux de bulles peut aussi perturber un processus. Cela est par exemple le cas lors du transfert de liquide cryogénique (LOx, LH2, LN2, CO2) d’un réservoir vers un autre. Après la phase de mise en température, ou l’écoulement est purement gazeux, la phase transitoire diphasique liquide gaz se met en place pour tendre vers le régime complètement liquide. Le contrôle du débit permet alors d’atteindre et de maintenir ce régime avec un minimum de bulles. D’où l’intérêt, également dans cette situation, de pouvoir contrôler la proportion de bulles. UNE SOLUTION ORIGINALE POUR QUANTIFIER LA PRÉSENCE DE BULLES Se pose alors le problème du moyen à mettre en œuvre pour quantifier la présence de bulles. On peut songer à un débitmètre mais celui-ci sera inopérant pour les faibles quantités de bulles. Afin de répondre à cette problématique la société Alliantech a proposé une solution originale reposant sur l’utilisation du principe capacitif. Les liquides évoqués précédemment étant des isolants, ceux-ci sont caractérisés, sur le plan électrique, par leur constante diélectrique relative. Si, entre deux électrodes, on place un milieu diélectrique, la capacité formée sera directement proportionnelle à cette constante. Or, entre un ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022 I25