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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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1. Propriétés particulières
1.1 Azote
Le gaz azote est le constituant majoritaire de l'air (78,09 % en volume).
L'azote liquide est un des fluides cryogéniques le plus employé.
HAUT DE PAGE
L'azote est extrait de l'air par un processus cryogénique.
Il est ensuite utilisé :
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soit sous forme gazeuse pour fournir une atmosphère inerte nécessaire aux procédés chimiques, métallurgiques, à l'élaboration de composants électroniques ou pour les emballages en atmosphère neutre. Dans ce cas, il est très souvent stocké sous forme liquide (1 L liquide = ~ 650 L de gaz), avant d'être vaporisé ;
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comme « réfrigérant », sous forme liquide, par exemple dans les équipements électroniques (refroidissement de détecteurs infrarouge, de laser), dans l'industrie alimentaire (refroidissement très rapide des aliments, surgélation, maintien de la température pendant leur transport), en génie civil (gel de sols meubles avant excavation).
La température d'ébullition de l'azote liquide saturée, à 1 bar, est de 77,3 K. Dans cet état, la densité du liquide est de 808,9 kg/m3 et l'enthalpie de vaporisation de 198,3 kJ/kg.
L'azote liquide se solidifie à 63,2 K.
HAUT DE PAGE1.2 Hydrogène
L'hydrogène naturel est composé de deux isotopes stables : l'hydrogène 1H, de masse atomique 1 et le deutérium 2H, de masse atomique 2.
L'hydrogène ordinaire est donc un mélange de H2 et de molécules HD (1H2D) dans un rapport de 3 200/1.
Il existe aussi un autre isotope très rare et radioactif de l'hydrogène, le tritium 3H, de masse atomique 3. La période ou demi-vie du tritium, c'est-à-dire le temps...
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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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