Plateforme Expérimentation

Les Pistons-Cylindres

Pistons-Cylindres

Principe

Les pistons-cylindres sont des appareils dits à "pression solide" par opposition aux autoclaves dans lesquels la pression est générée par un gaz.

L'échantillon est enfermé dans un assemblage déformable généralement constitué de talc, de nitrure de bore et/ou de pyrophyllite, d'un four en graphite et de divers éléments isolants thermiques et électriques (alumine, verre,...). Cet assemblage mis en place dans une enclume est écrasé par un piston.

Les hautes pressions sont obtenues par la conversion d'une faible charge appliquée sur une large surface en une forte charge appliquée sur une petite surface selon la relation P=F/S (avec P: la pression, F: la force et S: la surface).

La température (pouvant atteindre plus de 2000°C) est générée par un four résistif en graphite auquel est appliquée une tension électrique contrôlée. La température est lue au moyen d'un thermocouple situé à l’intérieur de l'assemblage.

 

Caractéristiques

• 2 pistons-cylindres "end-loaded" 3 GPa-1800°C (type Bristol) avec enclumes 1/2' et 3/4'
• 1 piston-cylindre "end-loaded" régulé en pression 4 GPa-1500°C avec enclume 1/2'

Possibilité de réaliser des mesures de conductivité électrique.

 

Utilisation

Equilibres de phases à haute pression (> 10 kbar et < 40 kbar), équilibres solides/liquides, réactions minérales, solubilité des volatils dans les liquides silicatés, mesures de conductivité électrique.

Presse de Griggs

Objectifs:

Cet appareil permet de déformer des roches à très haute température (jusqu'à 1600°C) et très haute pression (jusqu'à 3 GPa). Le suivi en continu de la force appliquée sur l'échantillon et de la déformation résultante permet de remonter à ses propriétés rhéologiques.

Principe:

L'échantillon inséré dans un four en graphite est mis en place avec ce dernier dans une matrice de confinement solide (talc, pyrophyllite, sel, nitrure de bore,...). Cet assemblage est placé dans une enclume dont le cœur est en carbure de tungstène. L'enclume est alors mise sous une presse hydraulique munie d'un piston mettant sous contrainte l'ensemble de l'assemblage afin de générer la pression de confinement (principe du piston-cylindre).

Un second piston plus petit passe à travers le premier pour venir appliquer sur l'échantillon une contrainte différentielle axiale permettant de déformer l'échantillon.

Les pressions de confinement et différentielle sont gérées séparément grâce à 2 pompes hydrauliques de haute précision. La déformation de l'échantillon est enregistrée grâce à un ensemble de LVDT.

La première machine et son principe général de fonctionnement ont été décrits pour la première fois par D.J. Griggs en 1967 [1]. Pour la construction de cette machine, de nombreuses adaptations ont été réalisées de manière à répondre spécifiquement aux besoins du projet PLANEX.

La presse a été réalisée par la société Sanchez Technologies (France). Les pressions sur les 2 pistons sont gérées par 2 pompes Stigma (Sanchez Technologies),  l'installation est supervisée par un logiciel développé sous Falcon. La réalisation des enclumes à coeur de carbure de tungstène a été confiée à la société Strecon (Danemark). Le système de chauffe et de régulation de température a été réalisé en interne à l'ISTO.

 

[1] Griggs, D. J. (1967) Hydrolytic weakening of quartz and other silicates. Geophys. J. 14: 19-31.