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Guy GISTAU : Ancien Ingénieur expert à la Direction technique hydrogène – hélium - de la Division Techniques Avancées d’Air Liquide Sassenage
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L’hélium existe en abondance dans l’Univers, en particulier dans le Soleil et les étoiles. On le trouve également sur Terre et dans certaines poches de gaz naturel. C’est cette dernière source qui a ouvert la voie de la production industrielle.
Lorsque l’hélium est refroidi au-dessous de 2,17 K, un changement de phase se produit et l’hélium normal se transforme en hélium superfluide aux propriétés étonnantes.
Sans la découverte de la supraconductivité, l’hélium n’aurait pas connu le développement industriel actuel.
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Stockage et distribution industrielle de l’hélium liquideArticle inclus dans l'offre
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3. Liquéfaction de l’hélium
3.1 Généralités
Nous considérons que l’hélium à liquéfier a été épuré au préalable.
La liquéfaction de l’hélium consiste à transformer du gaz à la température ambiante en liquide bouillant à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique du lieu. Cette transformation est obtenue en extrayant de l’énergie de l’hélium (figure 13).
La quantité d’énergie à extraire pour liquéfier un litre d’hélium à 1,2 bar est de 189218 J ; cependant, selon le principe de Carnot, la quantité théorique d’énergie à dépenser à 300 K pour liquéfier un litre d’hélium à 1,2 bar est de 808049 J.
L’efficacité d’un liquéfacteur d’hélium (rapport de la quantité d’énergie dépensée à la quantité d’énergie théorique nécessaire) varie entre 5 % pour les petits appareils et 25 % pour les plus gros.
Les cycles thermodynamiques utilisés pour liquéfier l’hélium sont basés sur les quatre phases :
-
compression de l’hélium ;
-
refroidissement de l’hélium haute pression par échange thermique avec l’hélium basse pression ;
-
détente de l’hélium avec travail extérieur ;
-
réchauffage de l’hélium basse pression par échange thermique avec l’hélium haute pression.
Pour plus de renseignements, on pourra se reporter à l’article [B 2 382] Cryogénie : mise en œuvre des basses températures.
Pour des liquéfacteurs de petite taille, produisant jusqu’à environ 50 L/h, l’exploitant cherche à minimiser l’investissement par rapport à la consommation d’énergie électrique. En conséquence, la simplicité de la structure du liquéfacteur est privilégiée et l’efficacité n’est pas un point majeur dans la sélection du cycle.
Cependant, pour des capacités de production supérieures, l’efficacité est le paramètre déterminant. En effet, dans le cas d’un liquéfacteur...
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