Vous l'avez peut-être vu dans les ustensiles de cuisine ou dans les vieilles canalisations d'eau : une eau dure et riche en minéraux laissera des dépôts squameux avec le temps. Cela se produit non seulement dans les canalisations et les ustensiles de cuisine à la maison, mais également dans les canalisations et les vannes qui transportent le pétrole et le gaz naturel, ainsi que dans les canalisations qui transportent l'eau de refroidissement dans les centrales électriques. Il est bien connu que l’échelle peut entraîner des problèmes d’inefficacité, de temps d’arrêt et de maintenance. Dans l’industrie pétrolière et gazière, l’ampleur des phénomènes entraîne parfois la fermeture complète des puits en exploitation, au moins temporairement. Par conséquent, la résolution de ce problème peut apporter d’énormes récompenses. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs du MIT a trouvé une solution potentielle à ce problème énorme mais peu connu. Ils ont découvert qu'un nouveau traitement de surface, comprenant une nanotexturation de la surface puis l'application d'un fluide lubrifiant, pouvait réduire le taux de formation de tartre d'au moins dix fois. Cette semaine, les résultats de la recherche ont été publiés dans le Journal of Advanced Materials Interface. L'article a été rédigé par l'étudiant diplômé Srinivas Subramanyam, la boursière postdoctorale Gisele Azimi et Kripa Varanasi, professeur agrégé d'utilisation marine au Département de génie mécanique du MIT. "Vous pouvez voir [l'échelle] presque partout", a déclaré Varanasi. Dans la maison, ces dépôts sont pour la plupart gênants, mais dans l’industrie, ils peuvent entraîner « une réduction de la productivité, et la méthode pour les éliminer peut être nocive pour l’environnement », impliquant généralement l’utilisation de produits chimiques agressifs. Dans les centrales électriques et les usines de dessalement, le tartre peut entraîner des pertes d’efficacité importantes car il agit comme une barrière thermique et affecte le refroidissement ou la condensation dans l’échangeur thermique. Le problème vient du fait que l’eau contient généralement beaucoup de sels et de minéraux dissous. La capacité de l'eau à dissoudre ces substances dépend de la solubilité, donc si l'eau refroidit ou s'évapore, la solution peut devenir sursaturée : elle contient plus de substances dissoutes qu'elle ne peut en contenir, de sorte que certaines substances commencent à précipiter. Lorsque l'air chaud et humide se refroidit soudainement lorsqu'il rencontre une surface plus froide, cela provoquera de la buée sur le verre froid, ce qui est le même principe. Dans la plupart des cas, les ingénieurs résolvent ce problème en sur-concevant le système, a déclaré Varanasi : Utilisez un tuyau beaucoup plus grand que nécessaire, par exemple, on s'attend à ce que l'encrassement provoque un blocage partiel, ou une plus grande surface, dans ce cas. Échangeur de chaleur sous. Subramanyam souligne que ce problème n’est pas nouveau : « Les ustensiles de cuisine anciens présentent ce type d’accumulation », a-t-il déclaré. "Nous n'avons pas encore de bonne solution." Même si elle n'a pas encore été prouvée à l'échelle industrielle, la nouvelle méthode développée par l'équipe du MIT pourrait avoir un impact significatif sur la vitesse de formation du tartre et, dans de nombreux cas, pourrait l'empêcher complètement. Leur méthode semble simple : nanotexturer efficacement la surface et remplir la texture obtenue avec un lubrifiant. La texture dépend principalement de la taille des bosses et des rainures produites ; la forme précise ne semble pas avoir d'importance. Par conséquent, diverses techniques peuvent être utilisées pour créer cette texture, notamment l’application d’un revêtement texturé sur la surface ou la gravure chimique sur place. Les chercheurs ont également décrit un processus de sélection d’un lubrifiant approprié qui non seulement augmente la barrière énergétique formée par le tartre, mais se propage également aux solides texturés, rendant la surface « lisse » et réduisant la nucléation pouvant être utilisée pour la formation du tartre. Site. Les tentatives antérieures visant à prévenir ou à réduire la formation de tartre impliquent généralement l'ajout d'un revêtement (tel que du téflon) à la surface pour empêcher les minéraux de s'y lier. Varanasi a expliqué que le problème de cette méthode est que ces revêtements s'usent, tout comme les revêtements des poêles à frire antiadhésives se dégradent souvent avec l'usage. Il a déclaré que même s'il y avait un petit trou dans le revêtement, celui-ci permettait au tartre de commencer à se former. Grâce à la nouvelle méthode, une fois la nano-texture formée sur la surface, de l'huile ou un autre fluide lubrifiant est appliqué sur la surface. Varanasi a déclaré que de minuscules rainures à l'échelle nanométrique capturent ce liquide et le maintiennent fermement en place par action capillaire. Contrairement aux revêtements antiadhésifs solides, le liquide peut s'écouler pour combler les espaces vides, s'étaler sur la texture de la surface et, si une partie est emportée par le lavage, il peut être reconstitué en continu. "Même s'il y a des dommages mécaniques, le lubrifiant peut retourner sur cette surface", a déclaré Subramanyam. "Il peut conserver sa douceur pendant longtemps." Cette couche lubrifiante étant très fine (quelques centaines de nanomètres d’épaisseur seulement), elle ne nécessite qu’une petite quantité de lubrifiant pour protéger une surface pendant des décennies. Varanasi a déclaré qu'un réservoir construit dans une section du pipeline peut assurer la lubrification tout au long de la durée de vie de l'équipement. Dans le cas des oléoducs, « le lubrifiant existe déjà », le pétrole capté par la texture de surface peut protéger la surface de l’oléoduc. Jurgen Rühe, directeur du Laboratoire de chimie et de physique des interfaces à l'Université de Fribourg, n'a pas participé à l'étude, affirmant qu'elle représente « des découvertes très importantes et des avancées scientifiques importantes ». Il a qualifié la méthode utilisée par l'équipe pour réduire la formation de tartre de « nouvelle et créative » et a déclaré « qu'elle pourrait avoir un impact potentiel sur toutes les zones où l'eau est chauffée et où la vapeur est générée ». Les chercheurs ont déclaré qu'après des tests supplémentaires en laboratoire pour déterminer le meilleur pour une application particulière. Après les méthodes de lubrifiant et de texturation, le système peut être prêt pour une application commerciale en seulement trois ans. Ce travail a été soutenu par la MIT Energy Initiative.
Heure de publication : 08 décembre 2021
