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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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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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2. Propriétés diélectriques et d'isolation électrique
Les applications de la supraconductivité en électrotechnique nécessitent la connaissance des propriétés diélectriques et d'isolation des gaz et liquides cryogéniques. En effet, les supraconducteurs portés à de hautes tensions sont en contact avec les fluides cryogéniques, lesquels peuvent servir à l'isolation électrique.
2.1 Gaz
2.1.1 Propriétés diélectriques
On peut considérer dans la pratique que la permittivité relative
est égale à l'unité, pour tous les gaz cryogéniques, à cause de la très faible valeur de leur polarisabilité. La différence entre les valeurs de ϵ r pour deux gaz est de l'ordre de 10–5. Il est noter à que ϵ r ne dépend que de la masse volumique.
Aucune mesure de pertes diélectriques n'a été effectuée dans les gaz cryogéniques en raison de la difficulté de ce type de mesure. Effectivement, dans tous les gaz dans les conditions « normales », la seule source de charge est l'ionisation naturelle (due aux rayons cosmiques essentiellement, en l'absence d'autres rayonnements ionisants), qui donne typiquement 10 électrons/(cm3 · s), c'est-à-dire trois fois rien. Les courants de fuite dans les gaz sont quasiment non mesurables (sauf s'il y a un très grand volume, plusieurs m3 pour avoir assez de charge) et les pertes également. On considère donc qu'il n'existe aucune pertes diélectriques pour les gaz cryogéniques, même à des fréquences élevées.
Mais tout cela n'est plus vrai sous champ électrique élevé (plusieurs 10 kV/mm), où d'autres phénomènes interviennent (décharges, émission des électrodes).
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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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les...
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