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Vélocimétrie IRM en milieu poreux
Le Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA - UMR 7563 CNRS - Nancy Université), en collaboration avec l’Equipe de Méthodologie RMN du laboratoire Cristallographie, Résonance Magnétique et Modélisations (CRM2 - UMR 7036 CNRS - Nancy Université) s’intéresse depuis plusieurs années à l’utilisation des techniques d’IRM dans le domaine des sciences de l’ingénieur. Il travaille plus particulièrement à la mise au point de la mesure de vitesses d’écoulement de fluides en milieu poreux. L’idée est non seulement de visualiser l’écoulement plus ou moins complexe dans les pores de la structure, mais aussi de faire des mesures relativement précises de la vitesse du fluide.
Cette technique d’imagerie médicale qui permet de visualiser l’intérieur de l’organisme (os, organes, muscles, tendons…) est une application de la Résonance Magnétique Nucléaire, largement utilisée en chimie analytique pour décrire la structure des molécules. Elle permet aussi de mesurer la vitesse des liquides. Les radiologues mesurent d’ailleurs, avec plus ou moins de succès, les flux sanguins dans les vaisseaux grâce à l’angiographie par résonance magnétique.
En utilisant des séquences à gradients de champ pulsés et par un réglage adapté des gradients de champ magnétique, des images de vélocimétrie IRM ont pu être réalisées avec une bonne précision (moins de 3 % d’erreur) dans des empilements de billes toutes de même diamètre, et cela pour différentes granulométries (entre 0,5 mm et 3,2 mm).
La difficulté résidait principalement dans la présence de nombreuses interfaces solide-liquide qui dégradent l’homogénéité du champ magnétique et altèrent la précision des mesures. Cet effet est plus marqué dans les matériaux poreux classiques que dans les tissus biologiques en raison du plus fort contraste de susceptibilité magnétique entre les parties solides et les parties fluides.
Les travaux actuels cherchent à améliorer encore la technique afin de la valider pour des milieux poreux naturels (sables, roches, matériaux de construction, bois…).
Cartographie des vitesses obtenue par IRM dans un empilement de billes en polyacétal (diamètre 3,175 mm) parcouru par un écoulement d’eau à un débit de 0,914 g/s. Le retour du liquide s’effectue à contre-sens par la zone annulaire périphérique de sorte que le débit mesuré dans la zone centrale poreuse doit correspondre à celui de la zone annulaire. Les zones en noir correspondent à l’absence de signal (partie solide). Des zones de survitesse (en bleu), jusqu’à 4 à 6 fois la vitesse moyenne, apparaissent au centre de l’image. Les débits mesurés par IRM dans la section poreuse et la section annulaire coïncident à 3 % près avec le débit imposé.
Contact
Didier.Stemmelen@ensem.inpl-nancy.fr
Site web
Références
Publication
W. SALAMEH, S. LECLERC, D. STEMMELEN, J.M. ESCANYÉ
NMR imaging of water flow in packed beds
Diffusion Fundamentals, 14 (5) 1-5, (2010).
Communications
W. SALAMEH, S. LECLERC, D. STEMMELEN
Etude par IRM d’écoulements en milieu poreux.
XXIème Conférence du GERM, Groupement Français d’Etudes de Résonance Magnétique, Fréjus, Mars 2009.
W. SALAMEH, S. LECLERC, D. STEMMELEN
Magnetic resonance imaging of flow in porous media
First International Conference on “Challenges of Porous Media”, Kaiserlautern (Germany), March 11-14, 2009.
W. SALAMEH , S. LECLERC, J.M.ESCANYE, D. STEMMELEN
Mesures par vélocimétrie IRM en milieu poreux [Communication orale].
9èmes Journées d'Etude sur les Milieux Poreux, JEMP2009, Orsay, 21 & 22 octobre 2009.
D. STEMMELEN, W. SALAMEH , S. LECLERC, C. MOYNE
Imagerie par résonance magnétique appliquée aux problèmes de transport en milieu poreux
Journées Scientifiques du GNR MoMaS - CIRM Marseille, 23 au 25 novembre 2009.
W. SALAMEH, S. LECLERC, D. STEMMELEN
Magnetic resonance imaging of flow in porous media
10th Bologna Conference on Magnetic Resonance in porous media (MRPM-10), Leipzig (Germany), Sept. 2010.
W. SALAMEH , J.P. MEREL, S. LECLERC, D. STEMMELEN
Vélocimétrie IRM en milieux poreux saturés et non-saturés.
10èmes Journées d'Etude sur les Milieux Poreux, JEMP2010, Nancy 20 & 21 octobre 2010.
