Brevet FR2617288A1 — publié le 19881230

L'invention a pour objet une géomètrie pour viscosimètre rotatif dit à cylindres coaxiaux. Le principe de base de ce type d'appareil, dont l'utilisation est courante en 'rhéologie, est le-suivant : le fluide à tester est cisaillé dans l'entrefer de deux cylindres coaxiaux dont l'un quelconque d'entre eux est entraîné en rotation par un moyen mécanique approprié ; on mesure le couple nécessaire pour entrainer le cylindre mobile ou bien le couple transmis par le fluide au cylindre fixe. On peut déduire les vitesse et contrainte de cisaillement, et donc la viscosité, directement ou indirectement, à partir des mesures de vitesses de rotation et de couples, ainsi que des caractéristiques géomètriques des cylindres considérés (Rext, Rint). Pour un fluide newtonien et des cylindres de longueur infinie, la vitesse et la contrainte de cisaillement ont pour expressions respectives, à-la surface du cylindre intérieur 7 2 Q 2 1 1 - 2 I ~ C 2irRint2 Ou g est la vitesse de rotation. C est le couple mesure par unité de longueur. a = Rint/Rext. En pratique, les géomètries ont une longueur finie. Le fluide à tester est soit contenu directement dans le cylindre extérieur qui est alors bouché à son extrémité inférieure, soit contenu dans un récipient plus grand que le cylindre extérieur, les cylindres coaxiaux étant alors plongés dans le récipient contenant le fluide. Le cylindre intérieur est en général noyé dans le fluide à tester. Ainsi les volumes de fluide situés au dessus et au dessous du cylindre intérieur, qui sont eux mêmes entrainés en rotation, que le cylindre intérieur ou que le cylindre extérieur tourne, entâche le couple mesuré d'un couple parasite généralement appelé effet de bord. Dans le cas ou le fluide à tester est une suspension peu stable - c'est-à-dire qu'elle présente une tendance à la ségrégation par suite d'un différentiel de densité entre les phases en présence (par exemple une sédimentation sous l'effet de la gravité dans le cas d'une suspension de particules solides dans un liquide de plus faible densité) - ces volumes "morts" présentent un inconvénient beaucoup plus important. Etant donné qu'ils sont entrainés en rotation, une ségrégation (par exemple séparation de la phase solide de la phase liquide) peut s'opérer sous l'effet de la force centrifuge. Si la tendance à la ségrégation est importante, il se forme à la surface du cylindre extérieur, au dessus et au dessous du cylindre intérieur, une zone à forte concentration de la phase la plus dense, susceptible ensuite de fluer dans l'entrefer, et ainsi de fausser notablement la mesure du couple. Dans le cas d'une suspension de particules solides dans un liquide de plus faible densité ce phénomène se traduit, à une vitesse de rotation donnée, par un accroissement du couple mesuré, soit instantané, soit progressif au cours du temps (voir tableau 1). Bien que ce problème existe depuis de nombreuses années, notamment en ce qui concerne les mesures de rhéologie sur des laitiers de ciment, et, particulièrement dans le cas des ciments pétroliers, aucune solution pratique n'a été proposée à ce jour. Pour minimiser le prqblème décrit, deux solutions ont été envisagées Pour le volume mort supérieur il est possible de limiter le niveau supérieur du fluide à l'extrémité supérieure du cylindre intérieur. Cette technique, qui est très facile à mettre en oeuvre, présente au moins deux inconvénients majeurs. Premièrement, la hauteur du fluide dans l'entrefer est difficile à contrôler, soit du fait de l'effet de la force centrifuge, soit du fait de la coaxialité qui n'est jamais parfaite. Deuxièmement, les suspensions considérées présentent fatalement une tendance à la ségrégation sous l'effet de la gravité, phénomène qui conduit à un gradient vertical de la concentration des diverses phases, et donc entâche la mesure du couple d'une erreur difficilement quantifiable. Pour le volume mort inférieur - Si le cylindre extérieur est ouvert à son extrémité inférieure on peut limiter l'extrémité inférieure du cylindre extérieur à celle du cylindre intérieur, empêchant ainsi toute migration de la phase la plus dense du volume mort inférieur dans l'entrefer. - Si le cylindre extérieur est bouché à son extrémité inférieure, et dans le cas ou le cylindre intérieur est en rotation, on peut utiliser une géomètrie dite à. bulle d'air ce qui va minimiser l'entraînement du fluide car celui-ci se trouve en contact avec de l'air sous le cylindre intérieur. Mais outre le fait que la taille de la bulle est difficilement contrôlable lors de la mise en place du fluide, elle est susceptible d'évoluer si la température du fluide doit changer au cours du temps ; cette solution n'est donc pas optimale. Selon l'invention, une solution donnant de bien meilleurs résultats et plus générale quant à son application, consiste, pour le volume mort inférieur comme pour le volume mort supérieur, à accroître le diamètre intérieur du cylindre extérieur (1) au dessus de l'extrémité supérieure (3), et au dessous de l'extrémité inférieure (4) du cylindre intérieur (2), ceci ayant pour but d'empêcher la phase dense, une fois centrifugée, de fluer dans l'entrefer. L'invention consiste donc à ménager dans le cylindre extérieur (1) des évidements Es (supérieur) et Ei (inférieur) comme représenté sur la figure unique annexée (coupe transversale des deux cylindres). La simplicité de l'invention est extrême, ainsi que ses avantages. Application notamment au cas d'un laitier de ciment à 44 Z en poids d'eau n Cas 1 Cas 2 Cas 3 300 1.16 0.98 1.19 200 1.23 1.07 1.23 100 1.27 1.10 1.28 60 1.29 1.11 1.31 30 1.32 1.10 -1.36 Tableau 1 : Valeurs des couples mesurés, en présence d'un effet de centrifugation, rapportées à ces mêmes valeurs en l'absence de l'effet considéré, en fonction de la vitesse de rotation du cylindre extérieur. Le système utilisé est un système ouvert, c'est-à-dire que l'extrémité inférieure du cylindre extérieur n'est pas bouchée. Cas 1 : Le cylindre intérieur est noyé dans le fluide à tester ; l'extrémité inférieure du cylindre extérieur se termine sur le même plan que celle du cylindre intérieur. Cas 2 : Le niveau supérieur du fluide se situe à l'extrémité supérieure du cylindre intérieur ; l'extrémité inférieure du cylindre extérieur se termine 1 cm en dessous de celle du cylindre intérieur. Cas 3 : Le cylindre intérieur est noyé dans le fluide à tester ; l'extrémité inférieure du cylindre extérieur se termine 1 cm en dessous de celle du cylindre intérieur. REVENDICATIONS 1. Viscosimètre rotatif à deux cylindres coaxiaux (1? et (2), caractérisé en ce que l'on ménage deux évidements dans le cylindre extérieur, l'un Es ayant sa face inférieure sensiblement au regard de l'extrémité supérieure (3) du cylindre intérieur, et l'autre Ei ayant sa face supérieure sensiblement au regard de l'extrémité inférieure (4)- du cylindre intérieur, les deux évidements ayant une symétrie de révolution par rapport à l'axe de rotation des cylindres et une capacité suff-isante pour recueillir les particules se trouvant en suspension dans le fluide à mesurer. 2. Viscosimètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que les volumes des deux évidements sont adaptés à la mesure d'un laitier de ciment. 3. Viscosimètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que les volumes des dèux évidements sont adaptés à la. mesure d'un laitier de ciment à 44 Z en poids d'eau, notamment d'un laitier de ciment pétrolier.