Gaz inerte - Inert gas

Un gaz inerte est un gaz qui ne subit pas de réactions chimiques dans un ensemble de conditions données. Les gaz rares ne réagissent souvent pas avec de nombreuses substances et étaient historiquement appelés gaz inertes. Les gaz inertes sont généralement utilisés pour éviter des réactions chimiques indésirables dégradant un échantillon. Ces réactions chimiques indésirables sont souvent des réactions d' oxydation et d' hydrolyse avec l'oxygène et l'humidité de l' air . Le terme gaz inerte dépend du contexte car plusieurs des gaz rares peuvent être amenés à réagir dans certaines conditions.

Les gaz d' argon et d' azote purifiés sont le plus souvent utilisés comme gaz inertes en raison de leur forte abondance naturelle (78,3 % N ₂ , 1 % Ar dans l'air) et de leur faible coût relatif.

Contrairement aux gaz rares , un gaz inerte n'est pas nécessairement élémentaire et est souvent un gaz composé . Comme les gaz rares, la tendance à la non-réactivité est due à la valence, la couche électronique la plus externe , étant complète dans tous les gaz inertes. Il s'agit d'une tendance et non d'une règle, car les gaz nobles et autres gaz "inertes" peuvent réagir pour former des composés.

Les éléments du groupe 18 comprennent l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon. Ils sont appelés gaz nobles ou gaz inertes. La configuration générale de la coquille de valence est ns ² np ⁶ . Tous ces éléments se trouvent à l'état libre dans l'atmosphère. Ce sont des gaz incolores, insipides et inodores. Ils présentent des points de fusion et d'ébullition bas. Ils ont une enthalpie de gain électronique positive élevée et une enthalpie d'ionisation élevée.

Production

Les gaz inertes sont obtenus par distillation fractionnée de l'air , à l'exception de l' hélium qui est séparé de quelques sources de gaz naturel riches en cet élément, par distillation cryogénique ou séparation membranaire. Pour les applications spécialisées, le gaz inerte purifié doit être produit par des générateurs spécialisés sur site. Ils sont souvent utilisés par les chimiquiers et les transporteurs de produits (plus petits navires). Des générateurs spécialisés de paillasse sont également disponibles pour les laboratoires.

Applications

En raison des propriétés non réactives des gaz inertes, ils sont souvent utiles pour empêcher les réactions chimiques indésirables de se produire. Les aliments sont emballés dans un gaz inerte pour éliminer l'oxygène gazeux. Cela empêche les bactéries de se développer. Il empêche également l'oxydation chimique par l'oxygène dans l'air normal. Un exemple est le rancissement (causé par l'oxydation) des huiles comestibles. Dans les emballages alimentaires, les gaz inertes sont utilisés comme conservateur passif, contrairement aux conservateurs actifs comme le benzoate de sodium (un antimicrobien ) ou le BHT (un antioxydant ).

Les documents historiques peuvent également être conservés sous gaz inerte pour éviter toute dégradation. Par exemple, les documents originaux de la Constitution américaine sont stockés sous argon humidifié. L'hélium était auparavant utilisé, mais il était moins adapté car il diffuse hors du boîtier plus rapidement que l'argon.

Les gaz inertes sont souvent utilisés dans l'industrie chimique. Dans une usine de fabrication de produits chimiques, les réactions peuvent être conduites sous gaz inerte pour minimiser les risques d'incendie ou les réactions indésirables. Dans ces usines et dans les raffineries de pétrole, les lignes de transfert et les récipients peuvent être purgés avec du gaz inerte comme mesure de prévention des incendies et des explosions. À l'échelle du laboratoire, les chimistes réalisent des expériences sur des composés sensibles à l' air en utilisant des techniques sans air développées pour les manipuler sous gaz inerte. L'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon sont des gaz inertes.

Systèmes de gaz inerte sur les navires

Le gaz inerte est produit à bord des transporteurs de pétrole brut (plus de 8 000 tonnes) (à partir du 1er janvier 2016) en utilisant soit un système de gaz de combustion, soit en brûlant du kérosène dans un générateur de gaz inerte dédié . Le système de gaz inerte est utilisé pour empêcher l'atmosphère dans les citernes à cargaison ou les soutes d'entrer dans la zone explosive. Les gaz inertes maintiennent la teneur en oxygène de l'atmosphère du réservoir en dessous de 5% (sur les transporteurs de brut, moins pour les transporteurs de produits et les pétroliers), rendant ainsi tout mélange air/gaz d'hydrocarbures dans le réservoir trop riche (rapport carburant/oxygène trop élevé) pour enflammer. Les gaz inertes sont les plus importants pendant le déchargement et pendant le voyage sur lest lorsqu'une plus grande quantité de vapeur d' hydrocarbures est susceptible d'être présente dans l'atmosphère de la citerne. Le gaz inerte peut également être utilisé pour purger le réservoir de l'atmosphère volatile en vue du dégazage - en remplaçant l'atmosphère par de l'air respirable - ou vice versa.

Le système de gaz de combustion utilise l'échappement de la chaudière comme source, il est donc important que le rapport combustible/air dans les brûleurs de la chaudière soit correctement régulé pour garantir la production de gaz inertes de haute qualité. Trop d'air entraînerait une teneur en oxygène supérieure à 5 %, et trop de mazout entraînerait un entraînement de gaz d'hydrocarbures dangereux. Les fumées sont épurées et refroidies par la tour de lavage . Divers dispositifs de sécurité empêchent la surpression, le retour des gaz d'hydrocarbures dans la salle des machines, ou d'avoir une alimentation en IG avec une teneur en oxygène trop élevée.

Les transporteurs de gaz et les transporteurs de produits ne peuvent pas compter sur des systèmes de gaz de combustion (car ils nécessitent un IG avec une teneur en O ₂ de 1 % ou moins) et utilisent donc à la place des générateurs de gaz inerte. Le générateur de gaz inerte se compose d'une chambre de combustion et d'un laveur alimentés par des ventilateurs et d'un groupe frigorifique qui refroidit le gaz. Un sécheur en série avec le système élimine l'humidité du gaz avant qu'il ne soit fourni au pont. Les citernes à cargaison des transporteurs de gaz ne sont pas inertées, mais tout l'espace qui les entoure l'est. Cette disposition permet de maintenir les citernes au frais en utilisant un petit talon de cargaison pendant que le navire est sur lest tout en conservant la protection contre les explosions fournie par le gaz inerte.

Systèmes de gaz inerte sur les avions

Le gaz inerte est produit à bord des avions commerciaux et militaires afin de passiver les réservoirs de carburant. Par temps chaud, les vapeurs de carburant dans les réservoirs de carburant peuvent autrement former un mélange inflammable ou explosif qui, s'il est oxydé, pourrait avoir des conséquences catastrophiques. Classiquement, les modules de séparation d'air (ASM) ont été utilisés pour générer du gaz inerte. Les ASM contiennent des membranes sélectivement perméables. Ils sont alimentés en air comprimé qui entraîne la séparation de l'oxygène de l'air. Pour la passivation du réservoir de carburant, il n'est pas nécessaire d'éliminer tout l'oxygène, mais assez pour rester en dessous de la limite d'inflammabilité en milieu pauvre et de la limite d'explosion en milieu pauvre.

Soudage

Dans le soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW), des gaz inertes sont utilisés pour protéger le tungstène de la contamination. Il protège également le métal fluide (créé à partir de l'arc) des gaz réactifs dans l'air qui peuvent provoquer une porosité dans le bain de fusion solidifié. Les gaz inertes sont également utilisés dans le soudage à l'arc sous gaz (GMAW) pour le soudage des métaux non ferreux. Certains gaz qui ne sont généralement pas considérés comme inertes mais qui se comportent comme des gaz inertes dans toutes les circonstances susceptibles d'être rencontrées dans certains usages peuvent souvent être utilisés en remplacement d'un gaz inerte. Ceci est utile lorsqu'un gaz pseudo-inerte approprié peut être trouvé, qui est peu coûteux et courant. Par exemple, le dioxyde de carbone est parfois utilisé dans les mélanges gazeux pour GMAW car il ne réagit pas au bain de fusion créé par le soudage à l'arc. Mais il est réactif à l'arc. Le plus de dioxyde de carbone ajouté au gaz inerte, tel que l'argon, augmentera votre pénétration. La quantité de dioxyde de carbone est souvent déterminée par le type de transfert que vous utiliserez dans GMAW. Le plus courant est le transfert à l'arc par pulvérisation, et le mélange gazeux le plus couramment utilisé pour le transfert à l'arc par pulvérisation est composé à 90 % d'argon et à 10 % de dioxyde de carbone. (Répertorié autant de noms différents selon le fournisseur de gaz).

Plongée

En plongée sous-marine, un gaz inerte est un composant du mélange respiratoire qui n'est pas métaboliquement actif et sert à diluer le mélange gazeux. Le gaz inerte peut avoir des effets sur le plongeur, mais on pense qu'il s'agit principalement d'effets physiques, tels que des lésions tissulaires causées par des bulles lors d'un accident de décompression . Les gaz inertes les plus couramment utilisés dans les gaz respiratoires pour la plongée commerciale sont l' azote et l' hélium .

Voir également

• Gaz respiratoire  – Gaz utilisé pour la respiration humaine
• Gaz industriels  – Matières gazeuses produites pour une utilisation dans l'industrie
• Système d'inertage pour avion
• Couverture de réservoir
• Purge (gaz) , une procédure de prévention des incendies et des explosions pour éviter la formation d'une atmosphère inflammable, réalisée en rinçant un système fermé avec un gaz inerte
• Inertage (gaz) , une procédure de prévention des incendies et des explosions pour sécuriser une atmosphère inflammable, réalisée en injectant un gaz inerte

Les références