Écouter les bulles dans les canalisations
Les conduites et les pipelines sont devenus les artères de la société moderne. Ils transportent des fluides précieux comme le pétrole et le gaz depuis le fond de l'océan, à travers les frontières et jusque dans les villes et nos habitations. Mais la première étape, celle qui consiste à transférer le pétrole ou le gaz depuis le forage au fond de la mer et dans les canalisations, est extrêmement dangereuse à cause des changements de pression. Une équipe internationale conduite par des chercheurs européens a proposé une nouvelle méthode pour mesurer les bulles de gaz présentes dans les pipelines et éviter les «éruptions» comme celle qui survenue en 2010 dans le golfe du Mexique. L'étude a été présentée dans la revue Proceedings of the Royal Society A. En avril 2010, le monde entier a été choqué par la catastrophe causée par une bulle de méthane, qui a déclenché une projection de pétrole et tué 11 personnes dans le golfe du Mexique. Cette petite bulle de méthane a augmenté de volume tellement vite qu'elle a projeté du pétrole à 73 mètres dans l'air. Pour éviter de tels accidents, les secteurs de la fabrication, de l'énergie et de la pétrochimie doivent pouvoir mesurer les bulles présentes dans les pipelines. Des travaux de recherche l'université de Southampton au Royaume-Uni ont abouti à une nouvelle méthode pour mesurer avec plus d'exactitude les bulles circulant dans les pipelines. La pression varie grandement depuis le fond de la mer jusqu'à la surface. Les bulles présentes dans le pétrole ou le gaz transporté par les conduites augmenteront de volume car la pression diminue au cours de la remontée. Ces bulles en expansion peuvent entraîner une éruption soudaine de pétrole et de gaz par la bouche du puits. Actuellement, on estime la répartition de la taille des bulles en envoyant des ondes sonores dans le fluide et en comparant l'atténuation du son (la perte d'amplitude) aux résultats théoriques. Mais les problèmes apparaissent lors de la mise en pratique de la théorie. La théorie suppose en effet que les bulles sont en suspension dans une quantité infinie de liquide. Cette simplification peut conduire à une estimation erronée de la population de bulles. Sous la direction du professeur Tim Leighton de l'Institute of Sound and Vibration Research de l'université de Southampton, l'équipe a conçu une nouvelle méthode qui tient compte de la présence des bulles dans le conduit. Les chercheurs ont utilisé l'inversion de l'atténuation et de la vitesse de phase de l'onde sonore dans le liquide en circulation, pour estimer la répartition de la taille des bulles (laquelle a été mesurée indépendamment par une méthode optique). Cette nouvelle technique convient à des conduites comme celles de la TTF (Target Test Facility) et donne de bonnes estimations de la répartition si la plage de fréquences et assez large. Le professeur Leighton souligne que «cet article décrit la méthode que nous avons conçue vers le milieu du contrat de recherche. Elle fonctionne, mais le crash financier mondial de 2008 est survenu juste après sa conception, et nous n'avions plus de fonds pour réaliser l'appareil pour les canalisations de mercure de l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Il fallait trouver une solution plus abordable, et nous y travaillons actuellement. La conception originale a été mise de côté jusqu'à ce que la situation financière mondiale redevienne plus saine. C'était une occasion fantastique de travailler avec des scientifiques et des ingénieurs nucléaire de l'ORNL et du RAL.» Le professeur Leighton et son équipe ont été invités à participer à un programme en cours afin de concevoir des méthodes pour estimer plus exactement la répartition de la taille des bulles dans les conduites d'acier remplies de mercure de la TTF, dans le cadre de la Spallation Neutron Source (SNS) (un site d'une valeur de 1,4 milliard de dollars) de l'ORNL (situé dans l'état du Tennessee aux États-Unis), l'une des plus puissantes sources de neutrons pulsés au monde. L'installation peut envoyer dans 20 tonnes de mercure liquide un faisceau de protons généré par un accélérateur linéaire de plusieurs centaines de mètres. Des instruments spécialisés sont placés en cercle autour de la source pour détecter les faisceaux de neutrons et étudier la structure interne de composants comme des ailes d'avion, des prélèvements médico-légaux et des produits biomédicaux. «La SNS a été construite en tenant compte du fait qu'il faudrait l'arrêter de temps à autres pour remplacer le conteneur de mercure, devenu très radioactif, car l'acier est fragilisé par les rayonnements», ajoute le professeur Leighton. «Cependant, l'impact du faisceau de protons sur le mercure engendre des ondes de chocs, qui créent par cavitation des bulles dans le liquide. Ces bulles s'effondrent en érodant l'acier, et les remplacements doivent donc être plus fréquents que prévus lors des fonctionnements à pleine puissance. En fait, il devient difficile d'atteindre la puissance prévue.»Pour plus d'informations, consulter: Institute of Sound and Vibration Research de l'université de Southampton: http://www.southampton.ac.uk/engineering/research/centres/isvr.page(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) Proceedings of the Royal Society A: http://rspa.royalsocietypublishing.org/(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)
Pays
Royaume-Uni