La presse de Griggs nouvelle génération

Une presse nouvelle génération^[4]

Fruit d’une étroite collaboration avec l’École Normale Supérieure de Paris (ENS Paris, France) et l’entreprise Sanchez Technologies (Core lab France), la presse de Griggs nouvelle génération est directement basée sur les dessins du Prof. Harry Green, mais plusieurs améliorations ont été apportées de manière à respecter les normes de sécurité européennes pour les expériences haute-pression^[4]. Dans cette nouvelle presse, les vérins de confinement et déformation sont servo-contrôlés par des pompes hydrauliques seringues, offrant la possibilité de réaliser des expériences à haute pression (jusqu’à 5 GPa), soit à charge constante soit à déplacement constant. La pression de confinement (isostatique), la force et le déplacement sont chacun mesurés par l’utilisation de capteurs, incluant un capteur de force (max. 200 kN) et plusieurs capteurs de déplacement (LVDT) et de pression^[4]. L’enclume est constituée d’un cœur en carbure de tungstène (WC) inséré dans un anneau d’acier conique à 1°, lui-même étant précontraint par la technique dite du strip winding (lames d’acier étirées et enroulées autour du cœur de l’enclume).

Pour transmettre les forces, l’enclume et l’assemblage contenant l’échantillon reposent entre des pistons amovibles, qui incluent un piston de déformation (σ₁), un piston de confinement (σ₃), un piston de pré-charge (end-load) et un piston basal. Pour un meilleur refroidissement, en complément de celui déjà présent au toit et à la base de l’enclume, l’eau circule à travers cette dernière autour du cœur de carbure via des trous de 6 mm de diamètre. Le vérin de confinement est aussi refroidi par un flux d’huile silicone. De plus, la presse d’Orléans utilise une taille d’échantillon plus large que dans les précédentes presses (8 mm de diamètre), permettant 1) de mieux développer les microstructures, 2) de partager une taille standard avec la presse de Paterson et 3) d’effectuer de plus grandes déformations en régime non coaxial. Ceci a néanmoins nécessité d’élargir la chambre de l’enclume (27 mm au lieu de 1 pouce, i.e., 25.4 mm), réduisant la capacité maximale en pression à 3 GPa.

L'assemblage de l'échantillon (voir video JoVE)

L’assemblage représente l’ensemble des pièces « consommables » qui entourent l’échantillon et qui sont requises pour réaliser une expérience « Griggs ». Elles incluent du NaCl en tant que matériau de confinement, un four en graphite et deux rondelles de cuivre pour chauffer par effet joule, ainsi que plusieurs autres pièces (plomb, pyrophyllite, pistons d’alumine, etc.) nécessaires pour pressuriser et transmettre les forces. Ce type d’assemblage est entièrement approprié pour réaliser des expériences de déformation en régime coaxial ou non coaxial pour l’ensemble des gammes de pressions et températures de la presse de Griggs^[4]. Alors qu’une expérience de type coaxial requiert une carotte d’échantillon d’une certaine longueur (généralement ≈2 fois le diamètre de l’échantillon), une expérience non coaxiale est communément appliquée sur un plan de coupe à 45° de l’axe du piston. Dans ce dernier cas, l’échantillon est matérialisé soit par la tranche d’une carotte, soit par une poudre de grains triés, puis frittés dans la presse elle-même. Les pistons de cisaillement et l’échantillon sont emballés dans une feuille de métal (Nickel), elle-même emballée dans un tube de platine soudé aux deux extrémités. La température est quant à elle contrôlée par l’utilisation d’un ou plusieurs thermocouples de type S (alliage de Pt_90%Rd_10%) ou K (alliage de Ni).