Brevet FR2990756A1 — publié le 20131122

PROCEDE POUR CREER UNE COLLISION ENTRE UN COURANT DE GAZ ET DE PARTICULES ET UNE CIBLE La présente invention a pour objet un procédé pour créer une collision en conditions contrôlées entre un courant de gaz et de particules et une cible. Elle concerne en particulier l'ensemble des processus qui résulte de la rencontre entre, d'une part, un courant de gaz et de particules circulant à température et à vitesse élevées, et que l'on désignera par le simple terme de « courant », et d'autre part, un objet matériel fixe ou mobile que l'on appellera « pièce chaude » ou « cible ». Cette rencontre entre un courant et une cible sera appelée « collision » et les processus résultants seront désignés par le terme collectif d'« interaction(s) » entre le courant et la cible (ou la pièce chaude). Dans les secteurs de l'énergie et du transport, de nombreux équipements thermiques comportent de telles pièces chaudes. Il s'agit par exemple des chaudières, fours, hauts-fourneaux, turbines à gaz stationnaires, turboréacteurs, turbochargeurs, ou encore des moteurs à combustion interne. La « veine chaude » de ces équipements est définie comme l'ensemble des capacités et des conduits dans lesquels circulent le courant de gaz et de particules. Comme les performances en service des pièces chaudes et leur durée de vie dépendent éminemment de leurs interactions avec le courant, il est important de pouvoir prédire le plus fidèlement possible ces interactions. Les particules de cendres ont trois origines possibles : - elles peuvent provenir d'un combustible chargé en divers éléments allogènes qui seront désignés par le terme de « contaminants », à savoir: métaux alcalins, alcalino-terreux ou de transition; soufre; aluminium; silicium; chlore; phosphore; mercure; etc. Ces combustibles « contaminés », d'origine fossile ou biogénique, peuvent être des solides (charbon, lignite, bois; pailles, tourbe, résidu ménagers, etc.), des liquides (distillats de pétrole contaminés; fuels lourds, HCO, LCO; résidus pétroliers; huiles végétales brutes, alcools, bagasses, biodiesel; etc.) ou des gaz (gaz de synthèse ou « syngas »; gaz de cokeries ou de hauts-fourneaux; biogaz; etc.). - les cendres peuvent aussi provenir de l'air comburant: par exemple, les turboréacteurs sont alimentés par des carburants de haute pureté (kérosène; jet fuels) mais ingèrent des quantités notables de contaminants contenus dans l'air ambiant, tels que des sels marins ou des poussières, en particulier des particules de « CMAS » (« calcium magnesium aluminosilicates »), qui subissent un certain nombre de transformations en traversant les flammes. - enfin, elles peuvent provenir d'« agents modificateurs de cendres », c'est à dire de substances introduites à dessein dans les foyers pour inhiber la 10 corrosion des pièces chaudes ou modifier la nature et les propriétés des phases minérales formées dans les flammes. Quelle que soit leur origine, ces particules de cendres donnent lieu à: - une étape de génération ou de transformation dans la flamme, - une étape de transport au sein des gaz de combustion, 15 - éventuellement, un ou plusieurs choc(s) avec des pièces mécaniques. Après l'étape de génération ou de transformation, les particules de cendres se trouvent en suspension plus ou moins stable au sein du courant des gaz de combustion (« gaz vecteur ») et parcourent la veine chaude (étape de transport) à l'état solide, liquide ou partiellement liquide et solide, selon les 20 conditions thermiques locales. On est alors en présence d'un double courant de matière: - le courant gazeux qui forme, au sens de la dynamique des fluides, un « tube de courant » et qui est décrit par quatre paramètres principaux: au plan géométrique par sa « section » qui est la section droite du tube de 25 courant, au plan cinématique par un champ de vitesse, au plan thermique par un champ de température et, chimiquement, par sa composition (02; CO2; H20; SO2 etc.), - le courant de particules qui emprunte ce même « tube de courant » et qui est décrit par les mêmes vitesses, températures et section droite que 30 pour le courant gazeux, et par les concentrations des phases constitutives des particules. La collision entre ce double courant et une cible engendre, du point de vue du courant, des effets cinématiques multiples: déviation de la trajectoire des gaz avec création de tourbillons; rebonds de certaines particules sur la cible avec changements de leurs trajectoires; « capture » d'autres particules par la cible, éventuellement suivie de leur expulsion par d'autres particules. Elle engendre aussi des « interactions » physico-chimiques complexes entre le courant de gaz et de particules et la cible, qui recouvrent notamment: des échanges de chaleur (transfert thermique par convection forcée) et de matière (formation de dépôts ou arrachement de matière à la cible); des effets mécaniques (chocs subis par la pièce); chimiques (réactions éventuelles entre la paroi de la cible et les particules et/ou les gaz: oxydation, sulfuration etc.); métallurgiques (durcissement superficiel de la cible; changements de phase dans la zone thermiquement affectée). Ces interactions conditionnent les trois « modes de dégradation » principaux que peut subir le matériau de la cible, à savoir: l'érosion; l'encrassement et la corrosion. L'érosion est une dégradation physique superficielle du matériau 15 causée par de fortes vitesses d'impact et une dureté notable des particules; elle affecte la durée de vie des pièces chaudes. L'encrassement est une forme de dégradation - réversible ou irréversible - de l'état de propreté superficielle du matériau qui résulte de la formation de quantités notables de dépôts présentant des propriétés 20 d'adhésion à la cible et/ou d'agrégation et de cohésion interne. L'encrassement a un impact négatif sur les performances aérothermodynamiques des pièces chaudes et, lorsqu'il est irréversible, sur leur durée de vie. Dans ce qui suit, le terme de « déposition » sera utilisé pour désigner le processus de formation d'un dépôt, à l'instar du terme anglais 25 correspondant. On peut définir la « vitesse de déposition » sur une portion de surface de la cible comme la masse de particules qui s'y dépose, rapportée au temps et à l'aire de cette surface. Il convient de remarquer que des particules à l'état liquide ou pâteux, c'est-à-dire prise à une température supérieure à leur solidus, ont des vitesses de déposition nettement plus élevées que ces 30 mêmes particules prises à l'état solide. Par ailleurs, à un phénomène d'encrassement initial par déposition d'un film de cendres, peut s'ajouter un encrassement ultérieur par un film de corrosion (oxydes de fer hydratés par exemple). Dans le troisième mode d'endommagement, la corrosion, la dégradation du matériau résulte d'une attaque chimique et/ou électrochimique par les particules et/ou les gaz. La durée de vie des pièces chaudes en est également impactée. Pour qu'un courant de cendres induise une corrosion, il est nécessaire soit que celle-ci démarre à partir d'un dépôt préalablement formé, ce dépôt initial pouvant être toutefois très ténu, non détectable à l'oeil nu et non encrassant, soit que cette corrosion soit couplée à de l'érosion (effet d' « érosion-corrosion »). Par conséquent, il convient de distinguer d'une part deux modes 10 d'« interactions primaires » qui sont l'érosion et la déposition, et d'autre part un mode d' « interaction secondaire » - la corrosion - qui peut être associée à l'une ou l'autre des interactions primaires. Par suite des cinétiques très rapides des attaques électrochimiques en milieu électrolytique fondu, une phase fondue provoquera une corrosion 15 infiniment plus sévère qu'à l'état solide. Deux modes de dégradation peuvent se combiner et avoir des effets synergétiques néfastes comme dans les cas d'érosion-corrosion et de corrosion sous dépôt. Dans les turbines à gaz stationnaires ou aéronautiques, les trois modes de dégradation peuvent être rencontrés de façon différenciée selon les conditions: par exemple, des 20 particules de CMAS sous forme fondue (haute température), tendront à encrasser puis à corroder, tandis que les mêmes particules présentes à l'état solide, tendront plutôt à éroder les pièces chaudes. On notera donc la complexité résultant de telles combinaisons entre les modes d'interaction. Aussi, en vue de définir des stratégies sûres de prévention ou de réduction de 25 ces effets, comme cela est requis pour des d'équipements coûteux et/ou soumis à des règles de sécurité drastiques (turbines à gaz stationnaires; turboréacteurs), il est nécessaire de recourir à l'expérimentation pour reproduire le (les) mode(s) de dégradation redouté(s). Une telle expérimentation doit être représentative à la fois de la cible et du courant de 30 gaz et de particules. Or : - il est assez aisé de reproduire les caractéristiques de la cible qui influent sur l'étape d'interaction; il s'agit essentiellement de sa géométrie, de la composition chimique et de la structure métallurgique du matériau; de ses propriétés mécaniques et thermiques; de son état de surface pouvant résulter d'un traitement mécanique (polissage, sablage, grenaillage, etc.) ou d'un revêtement métallique, céramique ou « cermet », - en revanche, il est plus délicat de recréer un « courant représentatif », c'est à dire de reproduire l'ensemble des caractéristiques du courant de gaz et surtout celles du courant de particules intervenant dans l'étape d'interaction. Ces caractéristiques sont, pour le courant de gaz: le champ de température et de vitesse, le degré de turbulence, la composition des gaz et pour le courant de particules: les propriétés cinématiques (vitesses identique à celles du gaz); géométriques (tailles), thermiques (température identique à celle des gaz; conductibilité; coefficient de dilatation), mécaniques (dureté; module d'élasticité; résistance aux chocs); physiques (point de fusion; état cristallisé, amorphe ou vitreux; porosité; rhéologie dans le cas de liquides); chimiques (réactivité vis à vis du matériau de la cible). Il est clair que la plupart de ces caractéristiques ne peuvent être reproduites sans recréer la source même des particules. Il convient par ailleurs que l'on maîtrise, outre la durée de la collision, les conditions locales, c'est à dire les conditions qui prévalent exactement au point d'impact et qui sont d'ordre: - géométrique: angle d'incidence du faisceau - aérothermique: la vitesse et la température des gaz et particules mais aussi la température de peau de la cible qui dépend non seulement de la température des gaz et particules mais aussi des conditions de déperdition thermique de la cible comme cela sera précisé plus bas On parlera de « collision en conditions contrôlées » lorsque l'ensemble des conditions qui précèdent sont maîtrisées. Or, une revue de l'état de l'art en la matière montre que les procédés et dispositifs d'expérimentation existants n'assurent pas convenablement ces critères de représentativité ou bien souffrent de lacunes ou d'inconvénients 30 majeurs. Une première méthode expérimentale classique consiste à maintenir une cible au sein d'un « lit » pulvérulent de cendres réelles ou synthétiques, pendant une durée définie, sous atmosphère contrôlée. Cette méthode, qui est souvent appelée « test par immersion », procède en conditions isothermes et essentiellement statiques, car, même si l'atmosphère peut être mise en circulation, l'éprouvette n'y est pas exposée à un courant de particules mais est immergée dans un lit de particules statiques et n'est pas en contact direct avec le gaz. Une deuxième méthode classique, souvent dite « à la thermobalance », consiste à former un dépôt initial de cendres à la surface de la cible, par exemple en l'aspergeant avec un brouillard d'une solution des « précurseurs » et en le passant ensuite dans une flamme. Le terme « précurseurs » désigne des substances qui génèrent à chaud les particules et éventuellement certains composants du courant gazeux tels que 502. La cible est ensuite introduite dans une thermo-balance au sein de laquelle la température et la composition de l'atmosphère sont contrôlées. On peut ainsi suivre, en conditions isothermes, l'interaction cendres-matériau par analyse thermogravimétrique. Toutefois, l'interaction entre particules et cible est ici aussi statique puisque le dépôt préexiste au démarrage du test: en effet, en raison de la conception et des risques de souillure et de corrosion des composants nobles des thermo-balances, on ne peut y faire circuler de courant de particules durant le test. Par conséquent, les deux méthodes « par immersion » et « à la thermobalance » sont de nature essentiellement statique, et ne reproduisent ni le processus de génération en continu du dépôt, ni la vitesse du courant de particules. Une troisième méthode repose sur l'utilisation de « bancs-brûleurs » qui sont principalement destinés à étudier la corrosion à haute température. Selon une conception typique de banc-brûleur, plusieurs éprouvettes de la cible sont placées dans un four isotherme qui est balayé par des gaz de combustion produits par un brûleur. Pour générer le courant de particules de cendres, on dispose dans le conduit reliant le brûleur au four un injecteur alimenté par une solution aqueuse qui contient les précurseurs souhaités. On peut extraire à des dates définies des éprouvettes du four, quantifier les dépôts formés et les soumettre à des essais chimiques, métallographiques, voire mécaniques. Ces bancs brûleurs classiques souffrent de plusieurs limitations et inconvénients: - un premier inconvénient, majeur, réside dans le caractère fondamentalement statique de ces essais et dans l'impossibilité d'imprimer, par conséquent, des variations de température importantes et rapides, ceci du fait de la forte inertie thermique de l'ensemble, inertie thermique qui est requise pour obtenir une bonne définition de la température. - un second inconvénient réside dans la gamme de vitesses relativement faible (de quelques cm/s à quelques m/s) que l'on peut y reproduire de façon économique, en raison des sections notables des différents éléments de la veine chaude (conduit et four). Soit par exemple un banc-brûleur miniaturisé dans lequel le four aurait une section de passage des gaz de seulement 10 cm de côté (autorisant juste la manipulation des éprouvettes): un calcul simple montre qu'il serait nécessaire, pour obtenir une température de 850°C et une vitesse de 300 m/s, de générer un débit de gaz de combustion d'environ 10000 m3/h et de brûler environ 130 1/h (kérosène ou gazole). En outre, la forte perte de charge causée par la vitesse de 300 m/s nécessiterait l'emploi d'un compresseur d'air pour alimenter le brûleur et une conception de la veine chaude adaptée à la fois à la température et à la pression (étanchéité). La mise en oeuvre de vitesses aussi élevées induirait donc de forts coûts d'investissement et de fonctionnement. - un troisième inconvénient est lié à la définition médiocre des lignes de courant du gaz et des particules au sein du four, en raison précisément des vitesses limitées, avec un risque de stratification voire la ségrégation des 25 particules vers le bas du four, par effet gravitaire. - un quatrième inconvénient réside dans les possibles interférences chimiques entre certains anions et cations au sein de la solution aqueuse à pulvériser; ainsi, on ne peut mélanger des ions calcium ou baryum avec des ions sulfate qui sont utilisés comme précurseurs de S02. 30 - enfin, un cinquième inconvénient réside dans l'existence d'« effets de mémoire »: lors d'un essai « E » donné, un des précurseurs injectés (soit X) peut partiellement se fixer aux parois de la veine chaude (par déposition, adsorption ou absorption) et être ensuite relâché durant un essai ultérieur « E + n » surtout lorsque ce dernier est effectué à température et à vitesse supérieure. Un tel « effet de mémoire », qui tend à fausser à la fois l'essai « E » (défaut de X) et l'essai « E + n » (présence indésirable de X), est également insidieux dans la mesure où il n'est détecté que durant l'essai « E + n »; de tels effets sont rencontrés par exemple avec de l'oxyde de chrome ou de l'oxyde de bore. Plus les précurseurs sont injectés loin du four et plus ils risquent d'être ainsi partiellement fixés: on injecte donc la solution en un point proche de l'entrée du four contenant les éprouvettes-cibles, sans que cela supprime toutefois le risque de « fixation » sur les parois du four. Comme cet effet affecte les matériaux isolants en surface et dans leur masse, la seule façon de supprimer ce risque est de changer fréquemment ces matériaux isolants; il en résulte un surcoût, des pertes de temps et des procédures fastidieuses lorsqu'on souhaite réaliser des programmes comportant un nombre important d'essais avec des compositions de cendres très variables. Par conséquent, les méthodes connues dans l'art antérieur, soit ne permettent pas de créer des courants représentatifs de gaz et de particules à haute température et à grande vitesse, soit présentent des inconvénients majeurs. On notera que ces trois méthodes reposent sur deux éléments de conception communs: - le courant gazeux est entièrement confiné dans un conduit et un four étanches et isothermes - la cible est entièrement contenue dans ce dernier et est ainsi exposée à des conditions rigoureusement isothermes en tous ses points Ces éléments de conception visent à créer des conditions d'interaction isothermes et uniformes au niveau de la cible, conditions qui sont considérées comme essentielles pour obtenir des résultats suffisamment répétables et reproductibles. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, et en 30 particulier à l'inertie thermique liée aux procédés connus. L'invention a pour objet un procédé pour créer une collision en conditions contrôlées entre un courant de gaz et de particules et une cible. Dans le procédé selon l'invention, la collision est mise en oeuvre en fonction de valeurs souhaitées, au point d'impact entre le courant et la cible, des paramètres suivants : (i) la température des gaz ou la température de la cible, et (ii) la vitesse des gaz. Le procédé comprend : - la génération d'un courant de gaz et de particules, de composition donnée, sous la forme d'un faisceau unidirectionnel, à l'aide d'un brûleur supersonique comprenant une chambre de combustion et un canon à gaz, la chambre de combustion étant alimentée avec un ensemble de fluides comprenant un ensemble de gaz comprenant un comburant, et un carburant liquide de composition apte à fournir après combustion la composition donnée de gaz et de particules, le carburant liquide comprenant, en tant qu'agents de génération de particules, des hétéromolécules sous forme liposoluble ou sous forme hydrosoluble émulsionnée, et, en tant qu'agents de génération de gaz, des hétéroéléments choisis parmi S, P, et les halogènes, - la génération d'une collision entre le faisceau et la cible, l'angle d'incidence du faisceau sur la cible pouvant être réglé à une valeur donnée, - le réglage du débit du carburant, du débit de chaque gaz et le réglage de la distance entre le brûleur et la cible, de manière à obtenir au 20 point d'impact les valeurs souhaitées des paramètres suivants : (i) la température des gaz ou la température de la cible, et (ii) la vitesse des gaz. Ainsi, l'association conjointe du brûleur supersonique, du carburant liquide spécifique comprenant des hétéroéléments, et du réglage spécifique du débit du carburant, du débit de chaque gaz et de la distance entre le brûleur 25 et la cible, permet de créer de manière rapide et simplifiée des collisions en conditions contrôlées, et permet de manière avantageuse de faire varier rapidement et fortement la température au point d'impact, ce qui n'est pas possible avec les procédés de l'état de la technique. On peut ainsi réaliser des essais dynamiques, et non plus statiques. 30 L'ensemble de gaz peut comprendre de l'air ou un ou plusieurs gaz diluants choisis parmi l'azote, le gaz carbonique et les gaz rares. L'ensemble de gaz peut comprendre un ou plusieurs gaz choisis parmi le dioxyde de soufre et les halogènes. Le brûleur peut être en outre alimenté, en aval de la chambre de combustion, avec un composé choisi parmi un carburant dit secondaire, de l'eau liquide, et des particules dites secondaires. Il peut être créé durant la collision un mouvement relatif entre la cible 5 et le faisceau, le mouvement étant un mouvement de translation, de rotation ou une combinaison d'une translation et d'une rotation. Le procédé peut comprendre une étape du suivi de la température de la cible au point d'impact au cours du temps pour caractériser la nature de l'interaction particules-cible. 10 Selon un mode de réalisation de ce procédé : - une température constante au cours de l'essai caractérise une absence de déposition de cendres, - une augmentation de la température caractérise une déposition de cendres, 15 - une évolution de température présentant un accroissement entrecoupé de chutes caractérise une déposition de particules interrompue par des phénomènes de fissuration ou d'écaillage. Le procédé peut comprendre l'exposition de la cible à une collision en conditions contrôlées avec un flux de particules secondaires. 20 L'invention a également pour objet l'utilisation d'un procédé décrit ci- dessus pour simuler et caractériser les interactions physico-chimiques entre la cible et le courant de gaz et de particules. Le procédé peut également être utilisé pour simuler et caractériser un processus d'érosion, d'adhésion ou de corrosion. 25 Le demandeur a ainsi mis au point un procédé permettant de générer un courant de gaz et de particules à haute température et à grande vitesse (« le courant »), par exemple avec une température des gaz comprise entre 600 et 1800°C et une vitesse des gaz comprise entre 100 et 600 m/s, et de créer une « collision en conditions contrôlées » entre ce courant et une cible. 30 Ce procédé repose sur trois points de conception différant fortement de ceux mis en oeuvre dans l'art antérieur: 1- d'une part, on crée un « tube de courant » de gaz à grande vitesse et de faible section en brûlant un carburant liquide dans un « brûleur supersonique » et, d'autre part, on génère des particules au sein de ce courant gazeux en dopant ce même carburant liquide avec un ensemble d'additifs-précurseurs, dont on contrôle la nature et les concentrations; on génère ainsi un courant unidirectionnel de gaz et de particules à haute température et grande vitesse, dont les caractéristiques sont contrôlées, et qui, éjecté du brûleur à grande vitesse, ne nécessite pas de parois-guides et dont la température décroît progressivement le long de sa trajectoire, 2- la cible est placée, à l'air libre, sur la trajectoire du courant, en conditions contrôlées de collision avec ce dernier, notamment à une distance 10 et selon une orientation définie, 3- la « collision en conditions contrôlées » est volontairement limitée à une zone de faible étendue qui est la « zone d'impact » du courant sur la cible: celle-ci est ainsi le siège d'un double processus: (i) d'interaction aérothermique avec le courant et (ii) de déperdition thermique, principalement 15 par rayonnement, vers le milieu ambiant, processus qui fixe les conditions physicochimiques stationnaires au niveau de la zone d'impact, à conditions de collision constantes. Lors de la mise au point de ce procédé, le demandeur a observé, fait remarquable, que les collisions courant-cible ne font l'objet d'aucune 20 stratification de particules, sont répétables et reproductibles en termes de vitesse de déposition, ceci bien que la collision n'affecte qu'une portion de la cible et que celle-ci, prise dans son ensemble, ne soit pas isotherme. Au plan de la terminologie, pour de tels courants de gaz et de particules à grande vitesse, qui sont essentiellement unidirectionnels, on 25 parlera de « faisceaux de gaz et de particules » ou simplement de « faisceaux ». Le demandeur a établi que ce procédé s'affranchit des limitations inhérentes aux méthodes classiques déjà décrites : - grâce au contrôle étroit de la géométrie du faisceau, dont la direction 30 et la section bien définies assurent une définition précise de la zone d'impact, et grâce à l'absence de stratification des particules en son sein, on peut reproduire les flux massiques de particules impactant la cible de façon beaucoup plus quantitative et rigoureuse que dans un banc brûleur, - il est aussi exempt d'« effets de mémoire » du fait de l'absence de parois-guides; le demandeur a observé la quasi-absence, après essai, de dépôts sur les parois internes des brûleurs utilisés; dans les rares cas où de tels dépôts se forment, ils sont détectés à travers les indicateurs de pression 5 d'injection des fluides, contrairement à ce qui se passe dans les conduits des dispositifs utilisés dans l'art antérieur; enfin, les brûleurs supersoniques peuvent, vu leurs faibles dimensions (de l'ordre de 10 cm de longueur, 3 cm de diamètre pour la chambre de combustion), être aisément démontés, nettoyés intérieurement à l'eau, avec un simple goupillon, puis remontés, 10 l'opération complète durant à peine quelques minutes, - il permet d'atteindre des vitesses de plusieurs centaines de mètres par seconde, tout en induisant de modestes consommations de fluides, ceci grâce à la faible section du faisceau, - il autorise une gamme très vaste de compositions des gaz et des 15 particules, grâce notamment à la série très riche des précurseurs possibles, que le demandeur a établie, - enfin, il permet de régler et modifier aisément les conditions de la collision en cours d'essai et se prête donc à des changements rapides des conditions thermiques et géométriques. 20 Un dispositif selon l'invention (ou « dispositif ») a été conçu pour mettre en oeuvre les trois points de conception qui viennent d'être énoncés. Tel qu'illustré à la figure 1, il comprend : - un brûleur supersonique 1, - plusieurs alimentations dudit brûleur, qui, décrites dans le 25 paragraphe qui suit, permettent d'introduire dans celui-ci un jeu très complet de fluides carburants, comburants et diluants et de précurseurs en vue de créer une gamme très large de compositions des faisceaux de gaz et de particules, - une cible 2 dotée de moyens de fixation et éventuellement de 30 refroidissement, - des moyens métrologiques (température, pression et éventuellement vitesse). La partie du « dispositif » constituée par le brûleur supersonique 1 et la cible 2 sera, de façon optionnelle, installée dans une cabine insonorisée et équipée d'un système d'aspiration et de filtration des particules émises. L'exposé du procédé s'appuie sur la figure 1 et couvre : - la génération du faisceau de gaz et de particules - la maîtrise des conditions de la collision faisceau-cible - l'application à l'étude des interactions faisceau-cible. A- Génération du faisceau de gaz et de particules On entend par brûleur supersonique, un brûleur générant des gaz à vitesse supersonique et comportant : - une chambre de combustion munie d'un moyen d'allumage (tel qu'une bougie) et qui, pour atteindre des conditions supersoniques, opère 15 sous pression et est alimentée, outre un combustible liquide, avec un mélange comburant comprenant de l'oxygène pur, - une portion rectiligne, de préférence démontable, qui sera désignée par le terme de « canon à gaz » du brûleur, qui est généralement séparée de la chambre de combustion par un convergent-divergent et qui assure le 20 développement de l'écoulement à grande vitesse des gaz de combustion, - une bouche d'éjection des gaz de combustion qui est l'extrémité du canon à gaz. Un type de brûleur supersonique est représenté par les « torches HVOF » (High Velocity Oxy-Fuel) à combustible liquide. Ces brûleurs 25 commerciaux sont de petites dimensions, démontables et ont en général leurs parois refroidies à l'eau au travers d'une double enveloppe. Le dispositif selon l'invention comprend un brûleur supersonique alimenté en divers fluides regroupés en une interface d'alimentation primaire et une interface d'alimentation secondaire. 30 L'interface d'alimentation primaire située à l'entrée de la chambre de combustion, permet l'injection des fluides suivants : - un ou plusieurs gaz comburants tels que de l'oxygène, de l'air, du protoxyde d'azote, gaz désignés ci-après par le terme collectif de « comburant », - un ou plusieurs gaz diluants tels que de l'azote, de la vapeur d'eau, 5 du dioxyde de carbone, un gaz rare, gaz désignés ci-après par le terme collectif de « diluant », - un ou plusieurs gaz dits spécifiques tels que du dioxyde de soufre (S02), - un carburant liquide ou « carburant », qualifié de « primaire » 10 Pour la commodité de l'expression, l'ensemble formé par le comburant, le diluant et le ou les gaz spécifiques sera appelé, de façon générique, le « comburant-diluant ». Le carburant primaire, qui peut comprendre un ou plusieurs constituant(s), est additionné (ou « dopé ») d'additifs-précurseurs qui 15 génèreront par combustion les particules visées ainsi que certains autres produits de combustion gazeux visées, tels que S02. Chacun de ces précurseurs est incorporé dans le carburant en quantité bien précise, sa fraction massique dans le carburant étant calculée, en fonction du débit de carburant, pour que le produit de combustion qu'il génère soit à la 20 concentration visée dans le faisceau. Ce mode de calcul sera précisé ci-après et illustré dans les exemples de réalisation de l'invention. En vue de simplifier les calculs, on suppose, sans que cela soit toutefois indispensable, que le carburant est exempt de soufre et ne génère pas S02 dont il faudrait, autrement, tenir compte dans les bilans de matière. Il est donc 25 essentiellement constitué de carbone, d'hydrogène et éventuellement d'oxygène. L'injection du carburant dans le brûleur peut être réalisée à travers un dispositif d'atomisation générant un fin brouillard de gouttelettes de carburant et permettant de rendre la combustion très uniforme. Les circuits associés à cette interface d'alimentation primaire sont les 30 suivants : - le circuit d'alimentation du brûleur en carburant primaire, circuit qualifié lui-même de « primaire », comprenant un réservoir primaire 3 qui est préférentiellement agité, une pompe primaire d'injection 4, un dispositif de réglage (manuel ou automatique) du débit et un indicateur de pression en entrée de chambre; les différents constituants du carburant sont mélangés - en continu ou en batch - en proportions contrôlées au sein du réservoir primaire 3, dans lequel les précurseurs sont également introduits en concentrations déterminées, - le circuit d'alimentation du brûleur en comburant-diluant, comprenant un ensemble de stockage sous pression et de distribution des différents gaz cités précédemment avec réglage (manuel ou automatique) de leurs débits respectifs et indication des pressions correspondantes en entrée de chambre. L'interface d'alimentation secondaire, qui est constituée par un ensemble de piquages placés à l'entrée du « canon à gaz » du brûleur et donc en aval de la chambre de combustion, est destinée à réaliser l'injection des substances suivantes : - de l'eau liquide qui permet, outre l'ajustement de la teneur en H20 dans les gaz de combustion, de créer une baisse de température rapide voire une trempe thermique, le demandeur ayant observé qu'une injection d'eau liquide en aval de la chambre de combustion engendre moins d'instabilités de flamme qu'une injection en amont, - un carburant secondaire qui brûlera à l'intérieur du « canon à gaz » du brûleur et dont l'intérêt est par exemple de simuler des chocs thermiques positifs ou des effets de postcombustion ayant lieu par exemple dans un turboréacteur, - une poudre mue par un gaz dit « porteur ». Les circuits associés à cette interface d'alimentation secondaire sont les suivants : - un circuit d'alimentation en « carburant secondaire » identique ou non au carburant primaire, circuit comprenant un réservoir secondaire 5, une pompe secondaire d'injection 6 et un dispositif de réglage (manuel ou 30 automatique) du débit, - un circuit d'alimentation en eau liquide avec réglage du débit (manuel ou automatique), - un circuit d'alimentation en poudre, à débit ajustable, comprenant par exemple une trémie munie d'un vibreur et une arrivée de « gaz porteur » de cette poudre (azote, gaz rare). Une telle poudre peut être soit un matériau de composition et granulométrie définies tel que de l'alumine, de la silice, un aluminosilicate, une zéolithe, du graphite, des oxydes métalliques, etc., soit une cendre naturelle ou synthétique. Elle aura pu subir, pour obtenir la granulométrie définie, un broyage suivi d'un passage sur des tamis calibrés. L'intérêt d'injecter dans le faisceau de telles particules - qualifiées de « secondaires » - est multiple: - ces particules secondaires de tailles micrométriques, suivies par vélocimétrie LASER peuvent être utilisées pour déterminer la vitesse du courant gazeux, - tout comme les particules primaires, ces particules secondaires incorporées dans le faisceau de gaz se prêtent à des études d'interaction spécifiques avec la cible: on peut étudier notamment sur celle-ci, des processus d'érosion par ces particules ou bien des traitements de décapage de dépôts en cours de formation ou déjà formés. Il est ainsi possible d'introduire dans l'interaction faisceau-cible des particules secondaires de compositions chimique et cristallographique et de 20 morphologie contrôlées et éventuellement complexes: par exemple, des particules d'aluminosilicates (CMAS), de tecto- ou phyllosilicates etc. Pour démarrer le brûleur, on établit les alimentations en carburant primaire et en comburant-diluant (par exemple: 02 + air), on allume la flamme et on attend sa stabilisation; ensuite on pourra, selon le besoin, jouer 25 sur les compositions et/ou les débits de carburant ou de comburant-diluant voire mettre en oeuvre d'autres alimentations (autre comburant ou diluant; gaz spécifique; carburant secondaire; eau; poudre et gaz porteur) pour obtenir les caractéristiques du faisceau visées;on attendra à nouveau la stabilisation de la flamme. 30 Les précurseurs ou « dopants » introduits dans le carburant contenu dans le réservoir primaire sont des « hétéromolécules », ce terme étant défini ici comme désignant des molécules, contenant au moins un « hétéroélément » c'est à dire un élément autre que C, H et 0. Les hétéroéléments de ces hétéromolécules sont choisis pour reproduire les éléments contaminants, inhibiteurs ou modificateurs de cendres dont on souhaite voir la présence dans le faisceau. Les substances résultant de la transformation de ces hétéroéléments dans la flamme seront appelés « produits artificiels (de la combustion) ». Il s'agit: - soit de « produits artificiels gazeux » tels que SO2 et éventuellement P205 et X2 (halogènes) dans les cas des hétéroéléments soufre, phosphore et halogène, respectivement, - soit de « produits artificiels non gazeux » qui génèreront les 10 particules solides (par exemple: Fe203, A1203) ou liquides (par exemple: Mg3V208 au-dessus de 1170°C) dans les cas des hétéroéléments fer, aluminium, magnésium et vanadium, respectivement. Les hétéromolécules utilisées sont: - soit des substances liposolubles (le plus souvent organiques), auquel 15 cas l'agitation du contenu du réservoir suffit à les mélanger uniformément à la phase « carburant », - soit des substances hydrosolubles (le plus souvent minérales), apportées par exemple sous forme de solutions aqueuses, auquel cas un tensio-actif est également ajouté au carburant pour former une émulsion 20 stable et homogène voire une microémulsion de ces hétéromolécules hydrosolubles dans le carburant. Les opérations de mélange dans le réservoir primaire agité peuvent être réalisées en mode discontinu (ou « en batch »), ce qui correspond au cas représenté sur la figure 1, ou bien en mode continu et de façon manuelle ou 25 automatisée. Le demandeur a établi que la liste des précurseurs liposolubles et hydrosolubles, que l'on peut incorporer au carburant primaire est extrêmement vaste. Une liste non exhaustive en est fournie ci-après. - Précurseurs hydrosolubles: 30 On peut notamment mettre en oeuvre: de l'acide sulfurique (comme source de soufre); des nitrates ou des acétates métalliques (comme sources de sodium; potassium; calcium; magnésium; fer; nickel; aluminium; titane; zirconium; terres rares; mercure, etc.); des sulfates métalliques (comme source de métaux et accessoirement de soufre); des halogénures d'ammonium, de métaux alcalins et alcalino-terreux (comme sources d'halogènes, de métaux alcalins et alcalino-terreux); des carbonates (comme sources de métaux alcalins et accessoirement de CO2); des hydroxydes alcalins (comme sources de métaux alcalins); du phosphate d'ammonium (comme source de phosphore); de l'acide borique (comme source de bore); de l'oxyde chromique (comme source de chrome). Ces substances seront associées en tenant compte des incompatibilités entre ions, comme cela a déjà été indiqué. Les tensioactifs utilisés pour réaliser les émulsions ou microémulsions des précurseurs hydrosolubles dans la phase carburant sont des tensioactifs promouvant des émulsions eau-dans-huile c'est à dire des tensioactifs à balances hydrophile-lipophiles faible; on pourra prendre par exemple un produit des séries PluronicsC) ou BrijC) ou bien un poly-éthoxynonyl-phénol, substances ne contenant pas d'hétéroélément. - Précurseurs liposolubles: Le demandeur a déterminé qu'on peut notamment mettre en oeuvre: - du sulfure de carbone, des thiols ou des mercaptans (comme sources de soufre), - des hydrocarbures halogénés (comme source d'halogènes), - des carboxylates de métaux (comme sources de sodium; potassium; calcium; magnésium; fer; aluminium; nickel; plomb; bismuth; lanthanides; etc.); les acides carboxyliques correspondants pouvant être de nature aliphatique (par exemple octoate de sodium ou de nickel), naphténiques (naphténate de vanadyle) ou aromatique (naphtoate de lanthane), - des sulfonates de métaux (comme sources de sodium; potassium; calcium; magnésium; fer; aluminium; nickel; plomb; bismuth; yttrium; etc.), - des alcoxydes (comme sources de métaux alcalins, alcalino-terreux; de transition incluant Ti, V, Zr ; Y; lanthanides; titane; zirconium: yttrium; bismuth; plomb), - des « chélates » tels que des acétylacétonates (comme sources de calcium; magnésium; aluminium; fer; nickel; chrome; manganèse; scandium; vanadium; zirconium; yttrium; molybdène; tungstène etc.), - des métaux carbonyles ou des métallocènes (comme sources de fer, nickel, molybdène, tungstène...), - des silanes ou des siloxanes (ou « huiles silicone » comme sources de silicium), - des organophosphorés ou des phosphonates organiques (comme sources de phosphore), - des boranes ou des esters boriques organiques (comme sources de bore), etc. Pour réaliser la dissolution complète de ces hétéromolécules liposolubles dans le carburant, on pourra jouer sur la composition de ce dernier; le carburant pourra ainsi comprendre les composants suivants: kérosènes, essences (ou naphtas), gazoles, hydrocarbures ayant un caractère aliphatique, aromatique ou bien naphténique; esters; alcools; huiles végétales; éthers; éthers de glycol (tels que le monoethyl éther du diéthylèneglycol ou « carbitol » ou le monobutyl éther du diéthylèneglycol ou « butylcarbitol »); esters méthyliques d'huile végétale (« biodiesels ») etc. On pourra prendre par exemple des formulations reposant sur des mélanges d'alcools à chaînes hydrocarbonées de longueurs et structures variables (dont le méthanol, l'éthanol ou l'isopropanol) et d'hydrocarbures d'indices PONA également variables et jouer sur leurs proportions relatives pour ajuster le pouvoir solvant (lié à la polarité et aux effets de liaisons n) de la phase « carburant » obtenue. On peut également incorporer au carburant une certaine proportion d'autres substances organiques totalement miscibles au carburant telles que (i) les béta-dicétones (par exemple l'acétylacétone) en raison de leur pouvoir « chélatant » des métaux; (ii) du tétrahydrofurane, connu pour son pouvoir solvant très puissant; (iii) du carbonate de diméthyle, (iv) du carbonate d'éthylène ou de propylène. Il convient de noter qu'une modification de la composition du carburant change son pouvoir calorifique et tend donc à changer la température de la flamme; cet effet peut être corrigé en jouant sur la richesse de combustion ou sur la composition du comburant-diluant. Un avantage important des précurseurs liposolubles réside dans le fait qu'ils donnent lieu à très peu de cas d'incompatibilités réciproques, contrairement aux problèmes de précipitations - déjà mentionnés - que l'on peut rencontrer dans le cas des solutions aqueuses. Un autre avantage concerne les précurseurs des oxydes de soufre qui sont souvent présents en concentrations notables dans les gaz de combustion industriels à simuler: dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser de fortes concentrations de sulfure de carbone ou de mercaptans car ces substances sont miscibles avec le carburant et n'ont pas la corrosivité de l'acide sulfurique, qui est en outre incompatible avec les alcalino-terreux. On notera que, au lieu d'incorporer l'hétéroélément soufre dans le carburant, on peut aussi injecter un débit adéquat de S02, comme « gaz spécial », au niveau de l'interface d'alimentation en comburant-diluant pour reproduire la teneur en SO2 désirée; cette opération est toutefois plus coûteuse et le stockage et la manutention de bouteilles de SO2 exigent des précautions particulières. Il est ainsi possible de reconstituer, en nature et en concentration, un jeu très complet des hétéroéléments contaminants, inhibiteurs ou modificateurs de cendres susceptibles d'être étudiés. Pour cela, on choisira dans la liste qui précède des hétéromolécules contenant ces hétéroéléments et on les dissoudra dans le carburant, en concentrations bien définies et déterminées comme il est précisé plus loin. B- Maîtrise des conditions de la collision faisceau-cible Les gaz de combustion et les particules générés par le brûleur supersonique sont éjectés à forte vitesse du brûleur supersonique, la bouche d'éjection étant généralement (mais non nécessairement) de section circulaire. Dans le procédé selon l'invention, on choisit à dessein une valeur (« a* ») de cette section qui est faible et inférieure à la taille de la cible, afin de créer sur celle-ci une zone d'impact limitée. En concentrant un important débit de particules sur cette zone, on peut obtenir un flux massique (c'est à dire un débit massique rapporté à l'unité de surface) élevé et donc intensifier, à moindres frais, l'interaction faisceau-cible. Ceci permet donc de « sévériser » l'essai et/ou d'accélérer les essais. On prendra par exemple un diamètre d* compris entre 8 et 14 mm, correspondant à une section « a* » de 0.5 à 1,5 CM2 environ. Une fois éjecté du brûleur supersonique, le faisceau reste très peu sensible à l'effet gravitaire sur une certaine longueur, en raison de sa grande 5 vitesse, de son caractère unidirectionnel (qu'il a acquis lors de son trajet dans le canon à gaz) et de l'absence de frictions sur des parois. Le long de cette portion de trajectoire rectiligne, il se refroidit progressivement par rayonnement vers le milieu ambiant et tend légèrement à s'évaser, selon un angle « a » faible avec, par conséquent, une augmentation légère et 10 progressive de sa section droite. Le demandeur a observé que cet angle dépend très peu du débit de gaz et est relativement reproductible pour une géométrie donnée de brûleur; il vaut par exemple 5.50 pour un canon à gaz de 10 mm de diamètre. Soit 15 la distance entre la cible et la bouche du brûleur. On peut 15 prédire avec une assez bonne précision le diamètre (soit « d ») de la section droite du faisceau au point situé à la distance 15 du brûleur à partir de 15 et du diamètre d* de la bouche du brûleur, à l'aide de la formule: (1) d = d* + 2 15 tan(a/2) d* + a 15 L 'approximation faite dans cette équation est rendue possible par la 20 petitesse de l'angle a. On obtient ainsi une bonne estimation de l'aire de la zone d'impact qui vaut : (2) a = n d2/4 n (d* + 015)2/4 La valeur de a que l'on peut ainsi prédire et faire varier à l'aide du 25 diamètre d* de la bouche du brûleur, peut être aussi vérifiée en mesurant le diamètre de la tache lumineuse, très perceptible, développée par le faisceau à son impact sur une cible placée à la distance A ou, ce qui est équivalent, le diamètre de la légère trace d'oxydation laissée par le faisceau. Le diamètre d* de la bouche du brûleur étant défini, les 30 caractéristiques « critiques » du faisceau, c'est à dire celles qui permettent de contrôler les conditions de la collision et de l'interaction avec la cible, sont les suivantes: - la température des gaz « Tg » ou la température de peau « Ti » de la cible - leur vitesse (soit « Vg ») - les fractions molaires des « produits artificiels gazeux »: SO2 et 5 éventuellement P205 et X2 (halogènes), qui, lorsqu'ils sont présents, affectent les équilibres chimiques - les flux massiques, définis au point d'impact, des « produits artificiels non gazeux » qui participeront à la formation des particules, liquides ou solides qui heurteront la cible. 10 Or, l'analyse qui suit montre que, de par sa conception, le dispositif permet de maîtriser ces caractéristiques à travers les paramètres de réglage du brûleur, qui sont: (i) le débit molaire de carburant soit Qf; (ii) les débits molaires de comburant (02, N20) ou de diluants (N2, CO2, gaz rares...) et (iii) les fractions molaires des hétéroéléments précurseurs incorporés au 15 carburant. - Contrôle des paramètres thermiques : Outre la température Tg des gaz (qui est aussi celle des particules transportées), il existe un autre paramètre thermique très important pour caractériser la collision et l'interaction entre le faisceau et la cible, à savoir la 20 « température de peau » ou température au point d'impact, soit « T, », qui est différente de Tg du fait que la cible est soumise à d'autres échanges thermiques (perte par rayonnement ; éventuellement refroidissement interne de la cible). S'agissant du paramètre Tg, on sait, dans le domaine de la combustion, 25 contrôler la température Tg des gaz de combustion en sortie de flamme, en ajustant la richesse de la flamme (c'est à dire le rapport débit de carburant/débit de comburant) et, si nécessaire, soit en jouant sur la nature du comburant (par exemple, utilisation de N20 pour augmenter Tg) soit en introduisant un agent diluant (par exemple, utilisation de N2 OU CO2 pour 30 abaisser Tg) et en ajustant le rapport des débits diluant/carburant. La température « Tg » en un point du faisceau situé à la distance 15 du brûleur décroît progressivement lorsque 15 augmente, en partant de la valeur initiale Tg* pour 15 = 0 (bouche du brûleur). La valeur de Tg(b) peut être mesurée de plusieurs façons, de préférence en l'absence de particules dans le faisceau (c'est à dire avec un carburant primaire non dopé) pour éviter que la mesure ne soit biaisée par un éventuel dépôt naissant. On peut notamment placer dans le faisceau, à la distance 15 du brûleur, un thermocouple 7 adapté aux hautes températures, comme représenté sur la figure 1, sa soudure étant de préférence protégée par un blindage pour éviter son contact direct avec les gaz très chauds et l'oxydation des éléments du thermocouple. On prendra par exemple un thermocouple de type S (platine/platine rhodium) permettant de monter jusqu'à 1650°C ou de classe type C (tungstène/tungstène-rhénium) pouvant atteindre 2320°C. Vu le niveau de température élevé, il conviendra d'appliquer la correction de mesure classique liée aux pertes radiatives au niveau du bulbe du thermocouple. Dans le cadre de la présente invention, la température Tg des gaz peut aussi être mesurée à l'aide d'un « corps noir radiateur » ou « corps radiateur » 7, qui est fait d'une substance noire, réfractaire, de préférence isolante et a par exemple la forme d'un cylindre de quelques centimètres de hauteur et dont les bases ont un diamètre légèrement supérieur à celui de la section du faisceau. Ce corps radiateur est inséré au sein d'une « plaque-support » d'épaisseur supérieure à la hauteur du corps radiateur, à travers un orifice, également cylindrique, qui a été percé dans celle-ci, normalement à sa paroi et dont le diamètre est très légèrement supérieur à celui du radiateur; cette insertion est faite de façon à ce que la base du radiateur restant apparente (qui aura été préalablement finement polie) tangente la paroi de la « plaque-support ». Cette plaque-support est en matériau très isolant (tel que de la cordiérite). Cette insertion étant faite, le radiateur sera positionné dans le faisceau de façon à ce que son axe soit confondu avec celui du faisceau. Un tel « radiateur » cylindrique joue alors le rôle d'un corps noir qui développe, sur sa face polie, exposée au faisceau, une température très voisine de la température des gaz incidents, son insertion au sein de la plaque- support permettant de minimiser les pertes thermiques par conduction et convection à travers ses faces qui ne sont pas exposées au faisceau et sont entourées par le matériau isolant de ladite plaque-support; cette température peut être déduite de l'intensité du rayonnement du corps radiateur sachant que son émissivité est très proche de l'unité. Un tel corps radiateur peut être taillé, par exemple et selon le niveau de température visée, dans du carborundum, du nitrure de bore, de l'obsidienne ou une hématite; la mesure de la température Tg peut être réalisée à l'aide d'un pyromètre optique ou d'une caméra thermique, comme il est décrit plus loin. Il conviendra également de faire les corrections de perte par rayonnement. Dans ce qui suit, A désigne la distance entre la bouche du brûleur et le point du faisceau où les gaz ont la température Tg visée. On positionnera donc la cible à cette distance A de la bouche du brûleur. Si on souhaite reproduire, au point d'impact, non pas la température Tg mais la température de peau « T, » de la cible, on pourra substituer à l'opération d'ajustement de la température Tg qui vient d'être décrite, une opération équivalente d'ajustement de la température T. Cette température T, qui résulte de l'échange thermique stationnaire entre: (i) les gaz dont la température est Tg, (ii) la cible dont la température est variable et (iii) le milieu ambiant, peut être mesurée à l'aide d'un dispositif thermométrique qui peut être: (i) un pyromètre optique, (ii) une caméra thermique 8 ou (iii) un simple thermocouple dont la soudure est introduite dans une encoche cylindrique de diamètre juste suffisant, percée sur l'arrière de la cible, au droit du point d'impact et dont le fond est proche (par exemple à 2 mm) du centre de la zone d'impact. Lorsqu'on utilise une caméra thermique, on oriente sa ligne de mire vers le centre de la zone d'impact (de préférence en coïncidence avec la normale à la cible ou, à défaut, en selon un angle limité avec cette normale); la caméra mesure alors, à une longueur d'onde donnée, l'intensité du rayonnement lumineux que lui envoie cette zone de la cible et son logiciel calcule la température de peau T, correspondante à partir de la valeur de l'émissivité du métal nu (définie à cette même longueur d'onde) ou, le cas échéant, celle du dépôt de cendres (par approximation, on peut prendre l'émissivité de la phase cristallographique principale des cendres); cette valeur d'émissivité est introduite comme valeur d'entrée dans le logiciel de la caméra avant le début de l'essai. L'emploi d'une caméra thermique est intéressant car son usage est simple et non intrusif, elle donne une température T, moyennée sur la surface d'impact et la mesure est très peu perturbée par les effets intenses de conduction et de convection qui affectent la cible et le film de gaz qui l'entoure. - Vitesse des gaz « Vg » Le dispositif permet également de faire varier la vitesse Vg des gaz, qui est aussi celle des particules transportées. Pour l'augmenter ou la diminuer tout en maintenant Tg constante, on accroîtra ou réduira, respectivement, le débit total des fluides de la combustion sans modifier leurs rapports de façon à varier le débit molaire des gaz de combustion « Qg » et si nécessaire on jouera sur la section a du faisceau, sachant que l'on a : (3) Vg = (QgVmoi/o-) (Tg/273) OÙ Vg est exprimé en m/s, Qg en mol/s, a en m, Tg en K et Vmol, le volume molaire normal Vmol vaut 0,0224 Nm3/s (la lettre « N » se réfère aux conditions normales: 0°C et 1 atm). Qg est calculé à partir des débits molaires des « entrants » du brûleur 15 et de l'équation chimique de combustion du carburant, laquelle fournit le bilan moléculaire des gaz de combustion, comme cela est illustré dans le premier exemple de réalisation. La section a du faisceau au point d'abscisse A peut être ajustée en modifiant le diamètre d* de la bouche du brûleur (c'est à dire la section 20 interne du canon à gaz). En effet, d'après les équations (2) et (3), on a: (4) Vg = (QgVniol/o-) (Tg/273) = (QgVnio, Tg)/[273 n (d* + a A)2] 2,611 10-5Qg Tg/(d* + a A)2 où : - d* et A sont en m 25 - Qg, Vrnol, Tg et a sont respectivement en mol/s, enNm3/mol,en K et en radians. Cette équation permet d'estimer avec une bonne précision la vitesse des gaz en un point donné de la trajectoire du faisceau, pour une géométrie de brûleur donnée. 30 Pour modifier Qg, il convient de jouer sur les débits des entrants, et si on ne souhaite pas modifier la valeur de Tg, il convient de garder constant les rapports entre les fractions molaires des différents entrants de façon à garder constante la température de la combustion, comme cela est également illustré dans le premier exemple de réalisation. La vitesse des gaz du faisceau peut aussi être mesurée à l'aide d'un dispositif de vélocimétrie laser (non représenté sur la figure 1) en suivant une 5 particule de taille adéquate (par exemple 10 pm) injectée via l'interface d'alimentation secondaire décrit précédemment. - Ajustement des fractions molaires des précurseurs Dans ce qui suit, les notations « X, » et « Ximass» désignent respectivement la fraction molaire et la fraction massique de l'hétéroélément 10 « i » dans le carburant.Ces grandeurs sont liées entre elles par l'équation : (5) X,ma" = (M,/Mf) X, Où Mf et M, désignent respectivement, en kg/mol, la masse molaire du carburant et la masse atomique de l'hétéroélément « i ». La notation « Y, » désigne la fraction molaire du même hétéroélément 15 « i » dans le faisceau de gaz et de particules. Y, est liée à sa fraction molaire dans le carburant par le bilan de conservation de matière de cet élément, soit: (6) Y, = X, (Qf/Qg) ou : (7) Xi= YI(Qg/C2f) 20 Il est rappelé que Qf et Qg désignent les débits molaires de carburant et de gaz de combustion. Les équations (5) et (6) permettent d'écrire : (8) X mass = (MI/Mf) X = (M,/Mf) Y, (Qg/Qf) L'équation (7) équivaut à : 25 (9) Y, = X (Mf/M,) (Qf/Qg) a) Précurseurs générant par combustion des « produits artificiels non gazeux » : Lorsqu'un hétéroélément, par exemple un métal, se transforme dans la combustion en « produit artificiel non gazeux » c'est à dire en particules 30 (solides ou liquides), il convient de contrôler le flux massique de ce produit dans les gaz de combustion. Comme on ne connaît pas toujours à coup sûr la formule chimique des particules formées, on contrôlera plutôt le flux massique de l'hétéroélément dans les gaz de combustion. Ce flux « F, » qui exprime la masse de l'élément « i » véhiculée par unité de temps et de surface, s'écrit : (10) F, = X Qf* M Où F, est exprimé en kg/s/m2 et a désigne la section (en m2) du 5 faisceau au point d'impact. Par conséquent, la fraction molaire X, s'écrit : (11) X, = F 01(Qf Mxi) La fraction massique, dans le carburant, de l'hétéroélément « i » générateur de particules s'écrit d'après l'équation (5): (12) Ximass = F, o-/(Qf Mf) 10 b) Précurseurs générant par combustion des « produits artificiels gazeux »: Lorsqu'un hétéroélément, tels que le soufre, le phosphore, les halogènes, etc., se transforme dans la combustion en « produit artificiel gazeux », il convient de maîtriser la concentration (par exemple la fraction 15 molaire) de ce produit gazeux dans les gaz de combustion, dans la mesure où c'est cette grandeur qui intervient dans les équilibres chimiques en phase gazeuse. Ainsi, les équilibres de sulfatation/désulfatation des oxydes métalliques dans les gaz sont conditionnés par la fraction molaire en SO2 dans les gaz, ou, ce qui est équivalent, par la fraction molaire de l'hétéroélément 20 soufre (soit « Ys ») dans les gaz. Ainsi, dans le cas du soufre, par exemple: - l'équation (6) donne: Ys = Xs (Qf/Qg). - les équations (8) et (9) donnent, respectivement : (13) Xsma" = (0,03206/Mf) Ys (Qg/Qf) 25 (14) Ys = 31,19 Xsma" Mf (Qf/Qg) Remarque: Le choix de contrôler les flux massiques (F,) ou les fractions molaires (Y,) des hétéroéléments dans les gaz sont en fait équivalents. En effet, ces deux caractéristiques sont interdépendantes de par les équations (7) et (10), dont on tire : 30 (15) Y, = F, o-/(MfQg) Cette manière de contrôler les caractéristiques du faisceau sera illustrée en détail dans les exemples de réalisation. En résumé, l'incorporation au carburant, selon l'invention, des précurseurs très variés identifiés par le déposant, permet d'une part de reproduire, en composition et en flux massique, le courant de particules et d'autre part, d'ajuster, dans le faisceau, la teneur en SO2 ou en autre gaz spécifique (P205, halogènes...). C- Application à l'étude des interactions faisceau-cible Dans ce qui suit, il est évident que pour positionner relativement la 10 cible et le faisceau (c'est à dire le brûleur), on peut indifféremment déplacer la cible par rapport au brûleur ou vice versa. La « cible d'essai » (ou « la cible ») sur laquelle on génèrera et caractérisera la collision, est constituée par une éprouvette usinée dans le matériau à étudier, qui peut être métallique ou céramique. Cette éprouvette, 15 qui a été pré-pesée, est le plus souvent plane et de faible épaisseur mais peut avoir tout autre forme (notamment cylindrique). Sa « face exposée », c'est-à-dire la portion de sa surface portée au contact des gaz chauds, est contenue dans (ou tangente à) un plan vertical. La rugosité de la face exposée qui conditionne l'interaction avec le faisceau (notamment les processus d'adhésion 20 et d'érosion) est définie lors de l'usinage de cette face; on peut prendre par exemple un « Ra » (écart moyen arithmétique de rugosité) compris entre de 0.01 à 10 pm. On notera que l'état de surface la cible d'essai peut être légèrement altéré par les opérations d'ajustement de Tg (ou T,) et de Vg, qui sont préalables à l'étude de l'interaction et impliquent l'exposition de celle-ci 25 au courant des gaz chauds; pour éviter une telle altération, on pourra utiliser pour effectuer ces ajustements, une « cible auxiliaire »identique à la cible d'essai. Toutefois, ce détail opératoire n'est pas indispensable pour la mise en oeuvre de l'invention. Après l'ajustement de Tg (ou T,) et de Vg, la cible sera placée sur la 30 trajectoire du faisceau, de préférence dans un plan vertical, à la distance « A » correspondante du brûleur. Pour créer une collision en conditions contrôlées entre le faisceau et la cible, on dirigera de façon précise le faisceau de gaz et de particules vers un point prédéterminé de la cible, de préférence son centre afin que le flux radial de déperdition thermique autour du centre de l'impact soit uniforme pour obtenir un champ de température homogène sur la zone d'impact. Avant et après la collision, on dirigera le faisceau dans une « direction de sécurité »: par exemple une grille métallique installée hors de la ligne brûleur-cible. Dans le cadre de l'invention, on peut aisément changer la configuration de la collision en jouant sur la disposition géométrique relative du faisceau et de la cible. Par exemple, on peut faire varier la distance A. Un tel déplacement, s'il est rapide permet de simuler des variations rapides de température des gaz; pour cela, la cible (de préférence en position verticale) et son support 9 peuvent être installés sur un rail, parallèle au faisceau, sur lequel ils peuvent être translatés manuellement ou à l'aide d'un moteur. D'autre part, le faisceau peut être orienté de façon à faire un angle d'incidence définie « e » avec la normale à la cible, son axe restant de préférence situé dans le plan horizontal contenant cette normale. Cette orientation peut être obtenue rapidement par simple rotation de la cible autour d'un axe vertical; le fait d'avoir la normale à la cible et l'axe du faisceau contenus dans un même plan horizontal permet d'installer la caméra thermique dans ce même plan horizontal avec une ligne de mire également horizontale; lorsque l'angle d'incidence e est nul (axe du faisceau perpendiculaire à la face exposée de la cible), on ne peut placer la caméra thermique sur cette même ligne et elle doit être déportée, par exemple de 10 à 45° d'angle: l'expérience montre que ce déport n'a pas d'effet sensible sur les résultats de mesure de la température. On peut ainsi, dans le cadre de l'invention, étudier de façon spécifique, des processus d'adhésion des particules sur la cible, en prenant un angle e proche de zéro pour lequel cet effet est maximal ou, inversement, des processus d'érosion, en prenant un angle e proche de 90° ou de 30° selon que la matière de la cible est fragile (céramique) ou ductile (métal), toute autre valeur de l'angle e étant possible pour les besoins de l'étude. De façon optionnelle, le brûleur peut être orienté dans les trois directions de l'espace à l'aide d'un robot 10 multiaxe téléguidé permettant de réaliser facilement les opérations suivantes: - variation de l'angle e de façon discrète ou de façon programmée 5 avec, par exemple, un mouvement alternatif entre des valeurs (- 0,-,) et (+ 0,-') simulant par exemple la variation de l'angle d'incidence des gaz de combustion le long du bord d'attaque d'une aube de turbine en rotation - balayage de la surface de la cible avec le faisceau, selon un programme prédéfini, avec des mouvements de translation latéraux et 10 verticaux ou bien de rotation, avec par exemple une valeur de A constante. Dans le cadre de l'invention, on peut aussi suivre l'évolution de la température T, au cours de l'essai par un suivi manuel ou mieux en associant au dispositif thermométrique un système d'acquisition fournissant une courbe T(t) enregistrée ou visualisée en temps réel sur écran. Le demandeur a 15 découvert, fait intéressant, qu'un tel monitoring permet, dans le cas d'une cible métallique, de renseigner de façon simple et précise sur le mode et l'évolution de l'interaction faisceau-matériau. En effet, les points remarquables suivants ont été observés: - une température T, constante durant l'essai dénote l'absence de 20 déposition, sans préjuger de l'existence d'un effet d'érosion; il peut y avoir formation d'un dépôt liquide, suffisamment fluide pour s'écouler sur la paroi de la cible et ne pas s'accumuler au point d'impact; ce film peut être invisible à l'oeil nu mais est détectable en fin d'essai à l'aide d'un binoculaire ou d'un microscope 25 - une augmentation de T, durant l'essai dénote au contraire un processus de déposition de cendres car la conductibilité thermique du dépôt étant inférieure à celle du métal de la cible, la dissipation de chaleur à travers l'épaisseur de la cible s'en trouve ralentie. - une évolution de T, montrant un accroissement régulier entrecoupé 30 de chutes brutales et importantes de température correspond à un processus de déposition de particules interrompu momentanément par des phénomènes de fissuration voire d'écaillage du dépôt; ce type d'évolution découverte par le demandeur, qui est dû à des coefficients de dilatation différents de la cible et du dépôt solide ou entre différentes phases du dépôt solide, est remarquable car il dénote la formation d'un dépôt « thermiquement fragile »: on peut donc, dans le cadre de ce procédé, jouer sur la composition chimique des particules (agents modificateurs de cendres) pour tâcher de créer ou d'éviter une telle fragilité de dépôt. En résumé, le suivi de la température T, au point d'impact, selon l'invention, fournit des informations précieuses sur l'évolution d'un phénomène de déposition et permet d'optimiser un traitement « anti-déposition » éventuel. Un autre aspect important du procédé selon l'invention concerne les gradients thermiques au sein de la cible. En régime aérothermique stationnaire, la cible reçoit de la part du courant gazeux, au niveau de la zone d'impact, un flux de chaleur intense qu'elle restitue entièrement à l'environnement à partir de tous les points de sa surface. Du fait de cette intense déperdition thermique qui a lieu non seulement par rayonnement et convection mais aussi par conduction (lorsqu'existe un pont thermique entre la cible et le milieu extérieur), il existe un champ tridimensionnel de gradient de température, tout particulièrement: - le long de la face exposée de la cible, la température décroît radialement par rayonnement et convection depuis le centre de la zone d'impact (où sa valeur est T,); ce « gradient superficiel » est toutefois limité car la face exposée baigne dans le faisceau de gaz incident qui est à la température homogène Tg; ce gradient peut être étudié en balayant la face exposée de la cible avec la caméra thermique, - dans l'épaisseur de la cible, la température décroît entre la face exposée et la face opposée; ce « gradient en profondeur » est un paramètre important de l'interaction faisceau-cible, en particulier dans l'étude du comportement de pièces chaudes refroidies intérieurement et présentant donc un tel gradient prononcé. Il peut être caractérisé en instrumentant la cible à l'aide de capteurs de température insérés à différentes profondeurs dans la cible. Le procédé selon l'invention permet de modifier aisément le gradient en profondeur en jouant sur la nature du support de la cible. En effet, à température Tg des gaz constante : - lorsque la cible est plaquée contre un panneau isolant, sa déperdition 5 thermique sera faible et T, sera proche de la température Tg des gaz, - lorsque la cible est fixée en un point, la déperdition thermique (par rayonnement et convection) à partir de sa face non exposée sera plus forte et T, sera notablement plus faible que la température Tg des gaz, - lorsque la cible est refroidie, par exemple, par un jet d'air balayant sa 10 face non exposée ou bien lorsqu'elle est plaquée contre un support métallique (effet de pont thermique), lequel est éventuellement refroidi intérieurement, par exemple par un débit d'air variable, comme illustré sur la figure 1, la déperdition sera alors intense, le gradient en profondeur sera fort et T, sera encore plus faible. 15 Dans le cadre de l'invention, il est également possible d'imprimer des variations ou des « excursions » thermiques à la cible: il peut s'agir de montées ou de descentes plus ou moins amples et brutales de température. Par exemple : - pour augmenter T, voir créer un choc thermique positif, on pourra : 20 (i) réduire la distance A; (ii) augmenter la température des gaz Tg, notamment en augmentant le rapport carburant/comburant ou en actionnant une alimentation secondaire en carburant (par exemple en remplaçant partiellement l'oxygène par du protoxyde d'azote qui augmente fortement Tg) ou (iii) réduire le débit d'air de refroidissement du support métallique si un tel 25 support refroidi est utilisé - pour imprimer une baisse de T, voire une trempe, on pourra: (i) simplement détourner le faisceau de la cible, (ii) augmenter la distance « A »; (iii) réduire Tg (par exemple en réduisant le rapport carburant/comburant ou en injectant un diluant ou de l'eau), ou (iv), augmenter le débit d'air de 30 refroidissement du support métallique si un tel support refroidi est utilisé. Selon un autre aspect de l'invention, de telles excursions thermiques, documentées par le dispositif thermométrique, permettent de simuler des transitoires thermiques, intervenant durant le fonctionnement d'un équipement thermique et peuvent être ponctuelles ou périodiques. On notera que le temps de réponse très bref et l'inertie thermique très faible du dispositif selon l'invention sont particulièrement bien adaptés pour simuler tout type de variations thermiques même très rapides et intenses, telles que celles rencontrées dans les turbines à gaz et les turboréacteurs, en cas par exemple de perte des flammes ou au contraire d'augmentation incontrôlée de température de combustion (« overfiring » en langue anglaise) causée par exemple par une injection excessive de combustible. Par ailleurs, on peut en permanence examiner visuellement 10 l'éprouvette durant l'essai et observer la croissance du dépôt ou bien son écaillage soit en conditions d'essai stationnaires, soit lors d'une phase de choc thermique soit encore lors du refroidissement consécutif à l'arrêt de l'essai. La durée de la collision peut être comprise entre quelques minutes (dans le cas, par exemple, de campagnes comprenant un nombre important 15 d'essais relatifs à des systèmes cible-particules différents, appelées « screening » en langue anglaise) et plusieurs heures (dans le cas, par exemple, de l'étude d'un phénomène de corrosion). La cible est pesée avant et après l'essai et la vitesse de déposition calculée à partir du gain de poids rapportée à la durée de l'essai. Une perte de poids dénote au contraire un 20 effet d'érosion. Elle peut ensuite être soumise, après examen visuel, à une série complète d'analyses physico-chimiques et métallographiques classiques, destructives ou non: - sa surface peut être examinée en microscopie optique et électronique à balayage avec microanalyse (EDS), pour déterminer, selon le cas, la 25 morphologie du dépôt, les faciès d'érosion ou de corrosion ou les changements de phases métallurgiques, - on peut pratiquer une analyse par DRX de la surface de l'éprouvette ou sur le dépôt éventuel isolé après décrochage ou grattage de la surface, en vue d'en déterminer les phases cristallographiques, 30 - le dépôt isolé par décollement ou grattage, peut également faire l'objet d'une analyse chimique (anions, cations; carbone; soufre, phosphore etc.). Enfin le procédé et dispositif selon l'invention permettent de réaliser des essais de corrosion en deux étapes, au cours desquels : - dans une première étape, on forme sur la cible, à l'aide du dispositif, un dépôt de particules dans des conditions de collision parfaitement définies, - dans une deuxième étape, on expose la cible dotée de son dépôt, aux conditions de température et d'atmosphère contrôlées d'un four ou d'une thermobalance et on suit l'avancement de la corrosion, avec la possibilité de faire toute analyse loisible, au terme de cette exposition. En résumé, le procédé selon l'invention permet à la fois de reproduire fidèlement et d'étudier en détail les collisions entre une cible et un faisceau de gaz et de particules à haute température et à grande vitesse en vue notamment de caractériser les interactions physico-chimiques entre ce faisceau et la matière de la cible. Il apporte des avantages considérables par rapport à l'état de la technique, avantages résultant notamment de la possibilité d'explorer des gammes extrêmement larges de conditions de collision, d'opérer en régime aérothermique établi ou variable, en configuration géométrique fixe ou variable et d'effectuer des essais accélérés, avec les points forts suivants: - une excellente reproductibilité, - l'aptitude à reproduire tout type de chimie des gaz c'est à dire tout type de composition du gaz vecteur avec des consommations de gaz limitées - l'aptitude à reproduire tout type de chimie des particules avec des consommations de réactifs précurseurs limitées, - l'absence d'« effets de mémoire » perturbateurs, - l'aptitude à ajuster, au choix, la température Tg du gaz vecteur ou la température de peau T, de la cible, - la possibilité d'imposer des montées ou des descentes soudaines de température (surchauffes ou trempes) grâce à la faible inertie de l'ensemble, - la possibilité d'imprimer des variations de l'angle d'incidence du 30 faisceau de gaz sur la cible. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des exemples suivants, auxquels elle n'est cependant pas limitée. Exemple 1 : Interaction à incidence normale (0 = 00) entre une cible métallique et un courant de gaz de combustion et de cendres magnésio-vanadiques, avec une température de peau de 850°C et une vitesse de gaz de 350 m/s L'objectif est de générer et caractériser la collision entre un faisceau de gaz chargé en particules d'oxyde et d'orthovanadate de magnésium et une cible métallique plane. Les conditions à contrôlée sont les suivantes: on doit avoir, au point d'impact: une température de peau de la cible (T,) de 850°C; une vitesse des gaz (Vg) de 350 m/s et les flux massiques suivants pour les hétéroéléments Mg et V: - flux de l'élément vanadium: Fv = 7,39 10-3 kg s-1 M-2 de V - flux de l'élément magnésium: Fmg = 2,22 10-2 kg s-1 M-2 de Mg On remarquera que ce flux de particules est caractérisé par le fait que le rapport massique Mg/V est égal à 3. Le brûleur supersonique utilisé est une torche « HVOF » fonctionnant au carburant liquide et de puissance utile de 60 kW. La section du canon à gaz (et de la bouche de sortie) est de 10 mm; la cible d'essai est une plaque rectangulaire (75 mm x 30 mm x 4 mm) en alliage NiCr19Fe19Nb5Mo3 commercialisé sous la dénomination Inconel® 718 par la société Special Metal Corporation, qui a été polie au grain SIC de grade 120 (Ra de 3.0 pm) et qui est appliquée contre un support métallique plan non refroidi. Il convient d'abord de déterminer expérimentalement les paramètres de réglage du brûleur, à savoir les débits molaires de carburant et des comburants-diluants, de façon à ajuster T, et Vg; ensuite, sur la base du débit de carburant obtenu, on déterminera les fractions molaires Xv et Xmg à introduire dans le carburant pour générer les flux visés des hétéroéléments Mg et V soit Fv et Fmg. On utilise comme carburant, un kérosène pratiquement exempt de soufre et contenant 14,28% d'hydrogène. Ce kérosène a une densité 830 kg/m3; sa « formule molaire normalisée » (c'est à dire exprimée sur la base d'un atome de carbone par molécule) est « C1l-I2 » et sa masse molaire est 14,03 g/mol. Le brûleur est d'abord allumé avec ce carburant (non encore dopé) et la flamme est initialement réglée avec les paramètres suivants au niveau de l'interface d'alimentation primaire: kérosène: 2,65 g/s (0,189 mol/s); oxygène: 7,87 Nl/s (0,351 mol/s); air : 13,83 Nl/s (0,617 mol/s). Dans ces conditions, compte tenu de la composition de l'air (20,9% 02 + 79,1% N2), la réaction de combustion d'une« mole normalisée » de kérosène, s'écrit: CH2 + 1,857 02 + 3,264 (0,209 02 + 0,791 N2) CO2 + H20 + 1,039 02 + 2,582 N2 Chaque mole « normalisée » de kérosène génère donc 5,621 moles de gaz de combustion. Le débit de gaz de combustion sortant du brûleur est 10 donc: 0,189*5,621 = 1,062 mol/s. Comme indiqué dans la description, pour éviter de voir la surface de la cible d'essai altérée par suite de son exposition au courant de gaz chauds lors des opérations d'ajustement de T, et de Vg, on préfère lui substituer, lors de ces opérations, une cible auxiliaire, identique à la cible d'essai, cette 15 précaution opératoire n'étant toutefois pas indispensable pour la mise en oeuvre de l'invention. Le faisceau des gaz de combustion est orienté horizontalement et on mesure en plusieurs points de l'axe du faisceau, à l'aide d'une caméra thermique (émissivité prise égale à 0,8), la température de peau T, de la cible auxiliaire, orientée verticalement et normalement au faisceau (0 20 = 0), en sorte que le faisceau interfère en son centre; on détermine ainsi qu'il faut placer la cible auxiliaire à la distance A = 0,175 m de la bouche du brûleur pour que T, vaille 850°C. En ce point, l'aire a de la zone d'impact sur la cible auxiliaire est de 5,6 cm2 soit 0,00056 m2. On notera que la formule prédictive (2) donne aussi a = 0,00056 m2 (avec a = 5,5°). 25 La température Tg des gaz au même point, mesurée à l'aide du « corps noir radiateur » et de la caméra thermique vaut 1153 °C. La vitesse des gaz au point d'impact, donnée par l'équation (3), vaut Vg = (1,062*0,0224/0,00056) (273+1153)/273 = 222 m/s. Pour atteindre la vitesse de 350 m/s requise, on multiplie, sur la base de la même équation (3), 30 les débits de kérosène, d'oxygène et d'air par le facteur: 350/222 = 1,577, ce qui ne change pas le champ de température au sein du faisceau et au point à la distance A du brûleur. Le réglage du brûleur conduit donc aux débits suivants: kérosène: 0,189*1,577 = 0,298 mol/s; oxygène: 0,351*1,577 = 0,553 mol/s; air: 0,618*1,577 = 0,975 mol/s. Le débit molaire de gaz de combustion qui vaut 1,062*1,577 = 1,675 mol/s, permet donc d'atteindre la vitesse de 350 m/s au point du faisceau A= 0,175 m. On détermine ensuite les fractions massiques de vanadium et de 5 magnésium à introduire dans le kérosène, qui sont données par l'équation (12): Xvmass = Fvo-/(QfMf) = 7,39 10-3 * 0,00056/(0,265*0,01403) = 1,111 10-3kg/kg soit 1,114 g de vanadium par kg de carburant Xmgmass = Fmgo-/(QfMf) = 2,22 10-2 * 0,00056/(0,265*0,01403) = 3,334 10 10-3 kg/kg soit 3,351 g de magnésium par kg carburant Comme précurseurs des particules, on prend les hétéromolécules liposolubles suivantes : - précurseur de l'hétéroélément Mg: du carboxylate de magnésium (à 28,5 % Mg en masse) 15 - précurseur de l'hétéroélément V: du naphténate de vanadium (à 3,0 % V en masse) Compte tenu de ces teneurs en Mg et V, pour préparer le carburant dopé, on dissoudra donc, par kg de kérosène pur: - 11,73 g de carboxylate de magnésium 20 - 37,67 g de naphténate de vanadium Le carburant dopé ayant ainsi été préparé, on remplace dans le « dispositif » le carburant non dopé par le carburant dopé en gardant les mêmes réglages de combustion et la cible auxiliaire est remplacée, à la même position A et avec la même orientation, par la cible d'essai. 25 La collision entre le faisceau et la cible dure 34 minutes, durant lesquelles la température T, de peau de la cible, suivie à l'aide de la caméra thermique, passe progressivement de 802 à 967°C. Au bout de 34 mn, le faisceau est détourné de la cible d'essai et le brûleur est éteint. La prise de masse de la plaque est de 0.86g, indiquant une vitesse de déposition de 1,52 30 g/h; la surface de la zone d'impact est de 5,7 cm2. L'analyse par diffraction des rayons X montre la présence de MgO, MgSO4 et Mg3(VO4)2 (orthovanadate de magnésium). Le dépôt obtenu forme un disque monolithique, compact, adhérent, exempt de fissure, dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 mm en son centre. La duplication de cet essai, à l'identique, donne une vitesse de déposition de 1,56 g/h, ce qui est l'indice d'une bonne répétabilité; on peut 5 ainsi prendre 1,54 g/h comme valeur moyenne de la vitesse de déposition dans les conditions de cette expérience. Au plan pratique, cet essai est destiné à simuler l'interaction, au sein d'une turbine à gaz, entre un courant de gaz de combustion chargé en cendres de MgO et de Mg3V208 et qui heurte, à la vitesse de 350 m/s, le premier étage 10 d'aubes (de section droite totale 2,1 m2). Cette turbine brûle 2,8 kg/s d'un fuel contaminé par 55,4 mg/kg de vanadium et inhibé au magnésium, sur la base d'un rapport massique Mg/V égal à 3, soit 166,2 mg/kg de magnésium. Les flux massiques de ces deux hétéroéléments dans la turbine sont donc: - pour le vanadium: 2,8 * 55,4 10-6/2,1 = 7,39 10-5 kg s-1 rr1-2 de V 15 - pour le magnésium: 3* 7,38 10-5= 2,22 10-4 kg s-1 rr1-2 de Mg Les flux de V et Mg créés dans le dispositif ayant été pris égaux respectivement à 7,39 10-3 kg s-1 rr1-2 et 2,22 10-2 kg s-1 rr1-2 de Mg, l'exemple qui vient d'être décrit constitue une sévérisation, par un facteur 100 de la situation qui prévaut dans la turbine. 20 Exemple 2: Interaction, en conditions dynamiques, entre une cible d'essai et un faisceau de gaz de combustion et de cendres magnésio-vanadiques 25 Dans cette deuxième expérience, le brûleur est rendu solidaire du bras d'un robot multiaxe téléguidé apte à changer en quelques secondes la distance A entre et le brûleur et la cible sans interrompre la collision et sans modifier l'angle d'incidence. Cette expérience qui dure en tout 33 minutes comporte deux phases dont la première, d'une durée de 9 mn, reproduit exactement les 30 conditions de l'expérience 1. Au début de cette première phase (date t= 0 mn), la température Tg du faisceau de gaz, mesurée à la distance A = 0,175 m du brûleur, est de 1155°C et la température T, correspondante de la cible vaut 805°C. A la fin de cette phase, à la date t =9 mn, la valeur de T, est passée progressivement de 805 à 849°C. A cet instant, on réduit à l'aide du robot, en 3 secondes environ, la distance A qui passe ainsi de 0,175 m à 0,15 m et est maintenue à cette valeur pendant 24 mn, c'est-à-dire jusqu'à la fin de l'essai. Au début de cette seconde phase, T, monte rapidement du fait du rapprochement de la cible du brûleur, passant de 849 à 975°C en 2 mn environ, puis continue à croître de façon plus lente. A la date t= 33 minutes (fin de l'essai), la valeur de T, est de 1047°C et le gain de masse global entre la date 0 et la date 33 mn est de 1,35 g ce qui correspond à une vitesse de déposition des cendres de 2,45 g/h (valeur moyenne sur toute la durée de l'essai). L'expérience 1 ayant montré que la vitesse de déposition est répétable en conditions constantes, on peut, en prenant 1,54 g/h comme vitesse de déposition pour la lère phase, calculer la vitesse de déposition qui a prévalu dans la 2ème phase soit : (2,45*33 - 1,54*9)/24 = 2,79 g/h soit une vitesse de déposition 1,8 fois plus forte que dans la phase 1. Cet exemple illustre l'aptitude du système à réaliser rapidement des variations de température et, au plan pratique, montre l'effet critique de la température des gaz sur la vitesse de déposition. Exemple 3: Interaction entre une cible d'essai et un faisceau de gaz de combustion et de cendres magnésio-vanadiques, dans des conditions identiques à celle de l'exemple 1 mais en présence de sodium et de SO2 dans les produits de combustion Cette fois, on veut générer et caractériser, avec le même dispositif, la collision entre un faisceau de gaz qui transporte des particules non seulement de MgO, de Mg3V208 mais aussi des particules Na2SO4 et qui est en outre chargé en S02. Les conditions à contrôler sont identiques à celles de l'exemple 1 à 30 l'exception des paramètres suivants: - le flux molaire de sodium est choisi égal à 30% du flux molaire de vanadium ce qui correspond à un rapport (Na/V) de 0,3 en mole et de 0,135 en masse, soit : FNa = 9,98 10-4 kg s-1 rr1-2 de Na - la fraction molaire de SO2 dans les gaz de combustion n'est pas nulle mais vaut YS02 =1.60 10-3 mole de soufre par mole de gaz, soit 1600 ppm en mole (ou en volume). En injectant les mêmes débits de carburant pur et de comburant- diluant dans le brûleur que dans l'exemple 1, on vérifie expérimentalement qu'à la distance A = 17.5 cm du brûleur on mesure des valeurs de T, et Tg proches de celles de l'exemple 1, soit: T, = 848°C; Tg: 1149°C, ce qui, compte tenu des incertitudes inhérentes à ces manipulations, est acceptable. Pour préparer le carburant dopé, il convient d'incorporer au kérosène pur, outre les concentrations de vanadium et de magnésium calculées dans l'exemple précédent: - une fraction molaire de soufre donnée par l'équation (13) avec les mêmes débits de carburant et de gaz que dans l'exemple 1 (Qf = 0,298 mol/s 15 et Qg =1,675 mol/s), soit : Xsmass = (31,19/Mf) Y502 (Qg /Qf) = 0,02 kg de soufre par kg carburant (soit 2% S) - une fraction massique de sodium XNamass égale à (0,135 Xvmass), soit : XNamass = 0,135 * 1,114 10-3 = 1,504 10-4 kg Na/kg carburant 20 L'hétéromolécule choisie comme précurseur du soufre est le sulfure de diéthyle de formule (C2H5)25, de masse molaire 90,2 g/mol et contenant 35,54% de S. L'hétéromolécule choisie comme précurseur du sodium est le dodécylbenzènesulfonate de sodium de formule NaC18H29S03, de masse molaire 348,5 g/mol et contenant 6,58 % de Na. 25 Par conséquent, il convient d'introduire, par kg de kérosène pur, les quantités suivantes de précurseurs: - 11,73 g de carboxylate de magnésium (valeur identique à celle de l'exemple 1) - 37,67 g de naphténate de vanadium (valeur identique à celle de 30 l'exemple 1) - 0,02/0,3554 = 0,05627 kg soit 56,27 g de sulfure de diéthyle - 1,504 10-4/0,0658 = 0,00229 kg soit 2,29 g de dodécylbenzènesulfonate de sodium On notera que l'apport de soufre par le dodécylbenzènesulfonate de sodium est négligeable. On remplace dans le « dispositif » le carburant non dopé par le carburant ainsi dopé en gardant les mêmes réglages de combustion et la cible auxiliaire est remplacée, à la même position A et avec la même orientation, par la cible d'essai. La collision entre le faisceau et la cible dure 33 minutes. Durant la collision, on observe sur la cible d'essai une augmentation progressive et monotone de température et une croissance du dépôt; le dépôt final est également épais, compact, non fissuré et encore plus adhérent que dans l'exemple 1; la prise de masse est cette fois de 1,12 g ce qui correspond à une vitesse de déposition de 2,04 g/h, soit une augmentation de 33% environ par rapport à l'exemple No 1. Le spectre de diffraction des rayons X (DRX) montre les mêmes phases que dans l'exemple 1: la phase Na2SO4 n'y est pas détectée. Toutefois cette phase Na2SO4 est identifiée mais en EDS, ce qui est l'indice de la présence de sulfate de sodium amorphe ou très peu cristallisé (particules vitreuses). Le même essai est reproduit mais sur une durée plus longue (60 mn): on observe visuellement, sur la cible d'essai, une croissance monotone du dépôt qui prend la forme d'un cône aplati dont l'axe est perpendiculaire au centre de la zone d'impact. Au bout de 60 mn, la vitesse de déposition est 2,16 g/heure soit une augmentation de 40% par rapport à l'exemple 1 (absence de soufre et sodium). Au plan pratique, cet essai simule, en conditions contrôlées,la collision entre un faisceau de gaz chargé en SO2 et transportant des particules de Mg3V208, MgO et Na2SO4 et une rangée d'aubes d'une turbine à gaz; cette turbine brûle 2,8 kg/s d'un fuel contaminé non seulement par du vanadium mais aussi par du soufre et du sodium (avec un rapport massique Na/V de 0,135), la corrosivité du vanadium étant inhibée par du magnésium qui est ajouté au fuel dans le rapport massique Mg/V = 3 en masse. Au plan quantitatif, ce fuel contient: 2% de soufre; 55,4 mg/kg de vanadium; 166,3 mg/kg de magnésium et 7,5 mg/kg de sodium. Les exemples 1 et 3 montrent que la présence de Na2SO4 et de S02 dans les gaz de combustion augmente la vitesse de déposition des cendres magnésio-vanadiques: le sulfate de sodium (point de fusion: 884°C) voyage à l'état fondu dans les gaz de combustion qui, dans les deux expériences, arrivent à environ 1150°C au point de collision. Exemple 4: Essai identique à l'essai de l'exemple 3 mais avec refroidissement du support de la cible Dans cet essai, les conditions sont identiques à celles de l'exemple 3, mais le support métallique est refroidi intérieurement par un flux d'air, comme 10 illustré sur la figure 1. On observe, en début d'essai, une baisse de 44°C de la température de peau T, par rapport à l'exemple 3, laquelle passe de 849 à de 805°C. Au bout de 60 mn de collision, la vitesse de déposition est de 1,10 g/h, correspondant à une réduction de 29% par rapport aux conditions sans 15 refroidissement. Cet exemple illustre l'effet du refroidissement de la cible sur la vitesse de déposition. Exemple 5 : Interaction entre une cible métallique et un 20 faisceau de gaz de combustion et de cendres à base de nickel et de vanadium, en incidence normale (0 = 00), avec une température au point d'impact de 850°C et une vitesse de gaz incidents de 350 m/s L'objectif est à présent de générer et caractériser la collision entre une 25 cible d'essai et un faisceau de gaz chargé en particules d'oxyde et d'orthovanadate de nickel. Les conditions à contrôler sont identiques à celles de l'exemple 3 à l'exception de certains hétéroéléments-précurseurs et de la composition du carburant: 30 - le flux massique de magnésium est cette fois nul alors que le flux massique de nickel « FNI » est pris égal à 1,44 10-2 kg s-1 rr1-2 de V, soit 1,95 fois le flux de vanadium - les flux massiques des hétéroéléments V, Na et la fraction molaire de SO2 sont identiques aux valeurs prises dans l'expérience 2, soit: - flux de vanadium: Fv = 7,39 10-3 kg s-1 m-2; - flux de sodium: FNa = 9,98 10-4 kg s-1 rn-2 - fraction de SO2 dans les gaz de combustion (YS02) de 1.610-3 mole/mole. La fraction massique de vanadium à introduire dans le kérosène est identique à celles des exemples 1 à 3, soit: Xe.' = 1,111 10-3 kg/kg (1,111 g de vanadium par kg de carburant). La fraction massique de nickel à introduire dans le kérosène se déduit de l'équation (8): XNimaSS = FNI 01(Qf Mf) = 1,44 10-2* 0,00056/(0,298 *0,01403) = 1,929 10-3 kg/kg soit 1,929 g de nickel par kg carburant. L'hétéromolécule contenant le nickel est de l'acétylacétonate de nickel 15 contenant 22,1% en masse de nickel. Afin de faciliter la dissolution de ce composé dans le carburant, la composition de ce dernier (en pourcentages volumiques) est modifiée de la façon suivante: - 7,5% d'acétylacétone qui servent à dissoudre l'acétylacétonate de nickel (processus lent) 20 - 10% de « carbitol » et 10% d'isopropanol qui sont mélangées à l'acétylacétone pour accélérer cette dissolution - 10% d'isopropanol - 72,5% de kérosène contenant les trois autres hétéromolécules (vanadium, sodium et soufre) et qui sont ajoutés au mélange précédent. 25 La solution finale est et reste limpide. Le carburant dopé contient donc: - de l'acétylacétonate de nickel à raison de 1,929/0,221 = 8,729 g/kg - du naphthénate de vanadium à raison de 37,67 g/kg - du sulfure de diéthyle de formule (C2H5)2S, à raison de 56,27 g/kg 30 (2% de soufre en masse) - du dodécylbenzènesulfonatede sodium (NaC18H29S03) à raison de 2,29 g/kg. Le « carburant non dopé » a également la composition: 15% d'acétylacétone, 10% de carbitol, 10% d'isopropanol et 65% de kérosène. Le comburant-diluant est identique, en débit et en composition, à celui des exemples 1 et 3 et la séquence « carburant non dopé » - « carburant 5 dopé » est la même, avec l'utilisation d'une cible auxiliaire durant les réglages de T, et Vg. On observe que, comme l'acétlyacétonate, le carbitol et l'isopropanol ont des PCI plus faibles que le kérosène, la température des gaz est légèrement plus faible et qu'il faut rapprocher très légèrement la cible du brûleur (A = 17,0 cm) pour obtenir la même température de 850°C, ce qui ne 10 change pas la surface de la zone d'impact (5,6 cm2). Il aurait également été possible d'augmenter le débit de carburant pour rétablir la valeur de la température Tg des exemples 1 et 2 à la distance A= 17,5 cm. La température Tg des gaz au point A= 17,0 cm, mesurée à l'aide du 15 « corps noir radiateur » et de la caméra thermique vaut cette fois 1155°C. La collision entre la cible d'essai et le faisceau ne dure cette fois que 5 mn; la prise de masse est de 0,055 g. Une analyse par DRX du dépôt montre la présence exclusive de Ni3V208 et d'une faible quantité de NiO. Le même essai est reproduit mais sur une durée plus longue (35 mn), 20 durant laquelle l'enregistrement de la température au point d'impact montre, au bout de 22 minutes, un série de chutes brutales suivies de remontées lentes; simultanément, on observe visuellement que les cendres subissent un phénomène de fissuration et d'écaillage. On obtient, après une durée de 35 mn, une vitesse de déposition de 0,13 g/h, valeur 12,3 fois inférieure à celle 25 observée, en conditions équivalentes, dans le cas des cendres magnésiovanadiques (exemple 2). Au plan pratique, cet essai simule, en conditions contrôlées, la collision entre un faisceau de gaz chargé en SO2 et transportant des particules de Ni3V208, NiO et Na2SO4 et une rangée d'aubes d'une turbine à gaz, cette 30 turbine brûle 2,8 kg/s d'un fuel contaminé non seulement par du vanadium mais aussi par du soufre (2%) et du sodium (avec un rapport massique Na/V de 0,135), la corrosivité du vanadium étant inhibée cette fois par du nickel ajouté au fuel dans le rapport massique Ni/V de 2,25 (soit un rapport Ni/V atomique de 1,95). Ce fuel contient : - 2% de soufre (identique à l'exemple 2) - 55,4 mg/kg de vanadium (identique à l'exemple 2) - 195,3mg/kg de nickel - 7,5 mg/kg de sodium (identique à l'exemple 2) Les résultats de cet essai s'expliquent par le fait que l'orthovanadate de nickel, beaucoup plus réfractaire que celui de magnésium, adhère beaucoup moins à la paroi de la cible d'essai et a des propriétés thermiques 10 empêchant son adhésion au substrat. REVENDICATIONS1. Procédé pour créer une collision en conditions contrôlées entre un courant de gaz et de particules et une cible (2), caractérisé en ce que la collision est mise en oeuvre en fonction de valeurs souhaitées, au point d'impact entre le courant et la cible (2), des paramètres suivants : (i) la température des gaz ou la température de la cible (2), et (ii) la vitesse des gaz, et en ce que le procédé comprend : - la génération d'un courant de gaz et de particules, de composition donnée, sous la forme d'un faisceau unidirectionnel, à l'aide d'un brûleur supersonique (1) comprenant une chambre de combustion et un canon à gaz, la chambre de combustion étant alimentée avec un ensemble de fluides comprenant un ensemble de gaz comprenant un comburant, et un carburant liquide de composition apte à fournir après combustion la composition donnée de gaz et de particules, le carburant liquide comprenant, en tant qu'agents de génération de particules, des hétéromolécules sous forme liposoluble ou sous forme hydrosoluble émulsionnée, et, en tant qu'agents de génération de gaz, des hétéroéléments choisis parmi S, P, et les halogènes, - la génération d'une collision entre le faisceau et la cible (2), - le réglage du débit du carburant, du débit de chaque gaz et le réglage de la distance entre le brûleur (1) et la cible (2), de manière à obtenir au point d'impact les valeurs souhaitées des paramètres suivants : (i) la température des gaz ou la température de la cible, et (ii) la vitesse des gaz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de gaz comprend de l'air ou un ou plusieurs gaz diluants choisis parmi l'azote, le gaz carbonique et les gaz rares. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de gaz comprend un ou plusieurs gaz choisis parmi le dioxyde de soufre et les halogènes. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le brûleur (1) est en outre alimenté, en aval de la chambre de combustion, avec un composé choisi parmi un carburant dit secondaire, de l'eau liquide, et des particules dites secondaires. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est créé durant la collision un mouvement relatif entre la cible (2) et le faisceau, le mouvement étant un mouvement de translation, de rotation ou une combinaison d'une translation et d'une rotation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape du suivi de la température de la cible (2) au point d'impact au cours du temps pour caractériser la nature de l'interaction particules-cible (2). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que : - une température constante au cours de l'essai caractérise une absence de déposition de cendres, - une augmentation de la température caractérise une déposition de cendres, - une évolution de température présentant un accroissement entrecoupé de chutes caractérise une déposition de particules interrompue par des phénomènes de fissuration ou d'écaillage. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'exposition de la cible (2) à une collision en conditions contrôlées avec un flux de particules secondaires. 9. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 8 pour simuler et caractériser les interactions physico-chimiques entre la cible (2) et le courant de gaz et de particules. 10. Utilisation selon la revendication 9, pour simuler et caractériser un processus d'érosion, d'adhésion ou de corrosion.