Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite les propriétés des principaux fluides utilisés en cryogénie avec d'une part les caractéristiques physiques de ces gaz et les particularités singulières, aux températures proches et au-dessous du point de liquéfaction et d'autre part les propriétés diélectriques et d'isolation électrique.Quelques propriétés physiques sont résumées dans un tableau
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This article introduces the main properties of fluids used in cryogenics The first part is devoted to the physical characteristics of these gases, near and below the liquefaction point. In the second part, the dielectric properties and electrical insulation of the cryogenic fluids are discussed. Some physical properties are summarized in a table
Auteur(s)
-
Christian GIANESE : Ingénieur de recherche à l'Institut Néel, CNRS, Grenoble
INTRODUCTION
La façon la plus aisée de refroidir et de maintenir aux basses températures un objet ou une expérience demeure l'utilisation de fluides cryogéniques, provenant de gaz liquéfiés par procédés industriels.
Malgré une mise en œuvre spécifique, ce procédé offre de nombreux avantages.
L'enthalpie de formation (chaleur latente) fournit généralement la réserve de frigories contenue dans le cryogène enfermé dans le cryostat.
La vapeur possède aussi une puissance frigorifique utilisable dans des gammes de températures comprises entre celle du bain et la température ambiante. On utilise très souvent la notion d'enthalpie sensible (chaleur sensible) entre la température d'ébullition sous pression atmosphérique et la température ambiante.
Les fluides cryogéniques les plus fréquemment utilisés comme l'azote liquide entre 100 et 65 K, l'hydrogène liquide entre 30 et 15 K et l'hélium 4 liquide entre 5 et 1 K, sont décrits, ainsi que le néon, le xénon et l'hélium 3 liquides, fluides présentant des propriétés intéressantes pour certaines applications spécifiques.
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KEYWORDS
nitrogen | hélium | Neon | refrigeration | low temperatures | liquéfaction | cryogénics
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Propriétés particulières3. Conclusion – Perspectives
Les applications comme cryogène sous forme liquide des fluides que nous venons de détailler sont très spécifiques (médical, recherche, spatial...). Dans l'industrie, ils sont employés essentiellement sous forme gazeuse, en tant que gaz inerte, gaz porteur, gaz de balayage... Dans ce cas, ils peuvent être stockés à basse température sous forme liquide, puisqu'en moyenne, à pression équivalente ,leur volume occupe 1 000 fois moins de place. Ils sont ensuite vaporisés pour leur mise en application.
Utilisés à grande échelle, l'approvisionnement et la disponibilité des fluides cryogéniques est un facteur à prendre en compte. Les ressources en azote et oxygène sont quasiment illimitées.
L'hydrogène est produit de manière industrielle. La quasi-totalité de l'hydrogène aujourd'hui disponible provient du reformatage de gaz naturel. L'hydrogène peut être aussi produit par électrolyse de l'eau, même si actuellement cette technique représente moins de 1 % de la capacité totale de production. Ces gaz sont donc relativement peu coûteux et disponibles de façon abondante.
Il en va autrement avec les autres gaz nobles dont l'exploitation est complexe, l'abondance rare (quelques ppm dans l'atmosphère pour le néon, le xénon) ou dont les ressources ne sont pas inépuisables (hélium). Les quantités disponibles sur le marché sont limitées et l'approvisionnement peut parfois poser problème. L'émergence de nouvelles applications, l'arrêt d'une usine de production pour panne ou maintenance, peut parfois amener à des situations de pénurie.
Suite aux attentats du 11 septembre 2011, la quasi-totalité du stock d'hélium 3 a été consacré aux détecteurs de matière nucléaire équipant les aéroports. Le temps de renouveler le stock, il est quasiment devenu impossible de trouver de l'hélium 3 sur le marché. Dans la foulée, les prix ont bien évidemment subi une envolée spectaculaire. Dans les années 2010 à 2013, la conjonction de plusieurs facteurs a provoqué une pénurie mondiale d'hélium 4. Depuis, la mise en service de nouvelles usines d'hélium a résolu cette situation critique. Toutefois, la production de ce gaz est totalement dépendante de celle du gaz naturel et de ce fait en supporte les conditions liées aux stratégies géopolitiques. Le marché de ce gaz sera toujours un marché dépendant, donc fragile.
Pour produire des basses températures, des alternatives...
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Conclusion – Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Outils en ligne et librairies logicielles
Encyclopédie des gaz Air Liquide http://www.encyclopedia.airliquide.com
National Institute of Standards and Technology
NIST/JANAF https://www.nist.gov/
GASPAK, HEPAK http://www.cryodata.com
HAUT DE PAGE
International Cryogenic Engineering Conference (ICEC) http://www.icec28-icmc2022.com/
Conférence internationale qui se tient toutes les années paires, en Europe ou dans les autres continents excepté l'Amérique du Nord.
Cryogenic Engineering Conference (CEC) http://www.cec-icmc.org/
Conférence internationale qui se tient les années impaires, en Amérique du Nord.
Association française du froid, Commission cryogénie et supraconductivité (AFF-CCS) http://www.affccs.org/
L'AFF-CCS organise :
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