La cryogénie est une branche de la physique. C'est un sujet important, car il nous aide à comprendre comment le monde fonctionne. C'est aussi un sujet très vaste, qui peut s'appliquer à de nombreux secteurs. Il faut toutefois veiller à s'informer sur les dangers de l'utilisation de la cryogénie et à prendre des précautions de sécurité.
Essais de choc froid
Les essais cryogéniques de choc froid peuvent fournir des données précieuses sur un produit. Il faut toutefois savoir que ces essais peuvent être coûteux et exigent l'attention d'experts. Il est donc essentiel de les réaliser tôt dans le processus de développement. Ces essais permettent souvent d'éviter des défaillances catastrophiques ou des dommages matériels.
Grâce à ces essais, les entreprises peuvent identifier des faiblesses et des problèmes potentiels dans leurs équipements, comme les vannes, les pompes et les compresseurs. En intégrant ces essais à leurs conceptions, les entreprises peuvent réduire le risque de défaillances mécaniques et limiter le coût de mise en œuvre de leurs procédés.
Les résultats de ces essais montrent souvent des améliorations significatives de la tolérance thermique d'un composant. Plusieurs problèmes peuvent toutefois empêcher ces essais d'être efficaces. Parmi eux figurent les joints brasés marginaux, les laminations et les défauts. Il est donc important de choisir une entreprise qui propose une gamme d'essais afin de s'assurer que tous les aspects sont couverts.
Un type d'essai de choc froid consiste à injecter de l'azote liquide dans un échantillon, puis à le laisser s'échapper par un tuyau. Le débit auquel l'azote liquide s'échappe est mesuré avec un débitmètre spécialisé. Cette information sert ensuite à déterminer la température de l'azote liquide.
Un autre type d'essai fait appel à une chambre à liquide. Par exemple, une cible cryogénique LHe est spécialement conçue pour être utilisée avec un canon à gaz léger à deux étages. Ces cibles peuvent être réglées de 3,6 K à 80 K.
Outre qu'elle est un moyen plus efficace de tester des composants, cette méthode peut aussi faire gagner du temps. Il faut toutefois éviter d'appliquer des variations de température excessives à l'échantillon. Un changement de température d'un seul degré peut provoquer une défaillance impossible dans un environnement de fonctionnement.
Certaines entreprises peuvent trouver utile de confier les essais de choc froid de leurs produits à un laboratoire expérimental. Ces laboratoires peuvent réaliser ces essais sur divers types d'actionneurs, de capteurs et d'autres composants. Selon les besoins de l'entreprise, ils peuvent tester presque tous les types de vannes.
Ces essais reposent sur diverses normes, dont MIL-STD-810F Méthode 503.4 Choc de température. Ces méthodes permettent de mesurer les problèmes physiques associés à un composant, comme le débit, les fuites et la résistance thermique.
Risques d'incendie et d'explosion
Les matériaux cryogéniques, dont l'hélium liquide, l'argon et l'azote, sont des matières dangereuses qui présentent des risques particuliers d'incendie et d'explosion. Prendre les précautions de sécurité appropriées et travailler correctement avec les matériaux cryogéniques permet de réduire les risques liés à leur utilisation.
Les matériaux cryogéniques peuvent aussi créer un risque de manque d'oxygène dans les zones mal ventilées. Cela peut entraîner une combustion rapide et des explosions.
Lors de la manipulation de matériaux cryogéniques inflammables, portez toujours un équipement de protection et évitez le contact avec le liquide. Un écran facial complet et des lunettes de sécurité sont recommandés pour les récipients ouverts, et il est interdit de manipuler les tubes de transfert à mains nues. Si vous touchez un tube de transfert, assurez-vous que le liquide est complètement sec avant de le manipuler.
Pour réduire le risque d'accidents, tous les dewars doivent être scotchés et étiquetés avec le nom complet du liquide et les informations d'avertissement de danger. Les tubes de transfert doivent être remplacés lorsqu'ils sont endommagés ou deviennent cassants.
La température et la pression des matériaux cryogéniques peuvent modifier les propriétés physiques de nombreux matériaux. Les matériaux non métalliques en particulier, comme le plastique, peuvent devenir cassants lorsqu'ils sont exposés à de très basses températures. L'acier au carbone peut se rompre sous contrainte, ce qui présente un risque d'incendie.
Comme pour d'autres gaz inflammables, la présence d'oxygène liquide accélère considérablement la combustion. Même des matériaux qui ne brûlent normalement pas, comme le caoutchouc, peuvent s'enflammer en présence d'oxygène liquide.
Les matériaux cryogéniques sont toxiques ; ils doivent donc être stockés dans des dewars bien ventilés et isolés, équipés de soupapes de décharge. Ne transportez pas de matériaux cryogéniques dans des ascenseurs ou des véhicules sans ventilation adéquate. Portez toujours des chaussures à embout d'acier pour soulever et transporter des matériaux cryogéniques.
Outre les risques d'incendie et d'explosion, certains matériaux peuvent être toxiques. Par exemple, certains liquides cryogéniques contiennent de l'azote, du fluor et du protoxyde d'azote, tous toxiques.
Les matériaux cryogéniques sont dangereux même lorsqu'ils sont utilisés à la pression atmosphérique. Ils peuvent endommager les sols, les câbles électriques et d'autres équipements sur le lieu de travail. Ils peuvent aussi causer de graves brûlures par contact avec le froid.
Si les risques d'incendie et d'explosion sont bien connus, les matériaux cryogéniques présentent des dangers particuliers. Le risque d'asphyxie est un autre problème grave. Avant de stocker des matériaux cryogéniques ou de travailler avec eux, consultez le fabricant ou le service EH&S afin de déterminer les exigences de sécurité des matériaux.
Précautions de sécurité
Lors de la manipulation de liquides cryogéniques, des précautions de sécurité appropriées doivent être prises. Elles comprennent l'utilisation de gants isolants spéciaux, d'écrans faciaux et de lunettes de sécurité. Le port de ces équipements de protection aide à prévenir les blessures et limite l'exposition.
La manipulation de liquides cryogéniques peut causer de graves blessures. Les liquides peuvent congeler rapidement les tissus humains et provoquer des gelures. Ils peuvent aussi exploser lorsqu'ils sont chauffés. Cela peut entraîner de graves brûlures ainsi que des dommages aux équipements.
Il est important de garder propre et sèche la zone autour du conteneur. La vapeur cryogénique peut se condenser sur la surface et enflammer des matières organiques. Il est également essentiel de bien ventiler la pièce.
Ne respirez jamais un air contenant moins de 18 % d'oxygène. Inhaler à ce niveau peut entraîner une perte de conscience. De même, si une canalisation se rompt, une explosion dangereuse peut en résulter. Si le cylindre n'a pas de soupapes de décharge, il doit être vidé et purgé.
Manipulez toujours les liquides cryogéniques dans un conteneur conçu pour la pression. Les conteneurs ouverts peuvent provoquer des éclaboussures et de l'ébullition. Les transferts doivent être effectués lentement et progressivement.
Un écran facial complet est recommandé. Si nécessaire, une paire de lunettes-masques de protection contre les projections chimiques doit également être portée. Quel que soit le type de liquide, il est important de se laver les mains avant et après la manipulation. Par exemple, lors du transvasement d'azote liquide, les chercheurs doivent se rincer les bras puis se laver les mains.
Pendant les transferts, le conteneur récepteur doit être refroidi pour éviter les éclaboussures. Si nécessaire, le récipient récepteur doit être placé dans une chambre froide. Certains matériaux deviennent cassants à basse température, ce qui les rend dangereux à utiliser. En outre, de nombreux objets souples peuvent se fracturer lorsqu'ils sont exposés à des températures cryogéniques.
Les procédures de sécurité pour le stockage cryogénique doivent être consignées dans un mode opératoire normalisé écrit. Tous les utilisateurs doivent en avoir un exemplaire. De plus, une liste de contrôle de sécurité doit accompagner le matériau, y compris les panneaux d'avertissement obligatoires sur la porte.
Pour éviter tout accident, un examen de sécurité complémentaire doit être effectué pour tous les systèmes nouvellement installés et modifiés. Il est également important de s'assurer que les procédures d'exploitation mises à jour restent adéquates.
Les matériaux cryogéniques doivent être stockés dans un dewar ou un flacon isolé homologué. Le flacon doit être scotché et étiqueté avec le nom complet du liquide cryogénique et les informations d'avertissement de danger.
Applications dans différents secteurs
La technologie cryogénique est utilisée dans un large éventail de secteurs. Parmi les applications les plus courantes figurent le stockage et le refroidissement. Ces technologies aident à maintenir la qualité et à prévenir la contamination des marchandises en transit. Elles servent en outre à préserver la vie, à éliminer l'eau et à granuler des probiotiques.
La demande d'équipements cryogéniques est stimulée par le besoin croissant de sources d'énergie propre. Cela tient en grande partie à la rareté des combustibles fossiles. Cela reflète aussi un investissement important dans les secteurs de la chimie et de la pétrochimie.
Un autre facteur qui stimule la croissance du marché mondial des équipements cryogéniques est l'augmentation du nombre de centrales électriques au GNL. Elle est attribuée à la hausse de la demande de gaz, alimentée par l'essor de l'industrie pétrolière et gazière. De plus, les préoccupations croissantes concernant les émissions et leur pollution stimulent la demande d'énergie propre.
La technologie cryogénique est également étudiée dans le secteur des transports. Parmi les applications émergentes de la technologie cryogénique figurent le stockage et le refroidissement d'hydrogène pour les véhicules électriques à pile à combustible. Cela peut être réalisé grâce à l'azote liquide. De plus, les compagnies de transport maritime utilisent elles aussi des technologies cryogéniques.
D'autres applications prometteuses de la technologie cryogénique sont la conservation de matériaux biotechnologiques et la conservation de ferments. Par ailleurs, le processus de fabrication du métal est fortement influencé par l'offre et la demande de pétrole brut. De même, le secteur des transports recèle aussi un potentiel important pour la croissance du marché de l'énergie propre.
L'application de la technologie cryogénique a permis de créer des images précises et détaillées du corps humain. Elle sert aussi à conserver des tissus vivants à des températures extrêmement basses.
Bien que la cryogénie soit utilisée depuis longtemps, le développement de la médecine moderne a apporté des progrès dans ce domaine. La technologie est désormais utilisée en médecine et en biologie, ainsi qu'en électronique froide.
La demande de technologie cryogénique devrait croître de manière significative dans les années à venir. Plusieurs fournisseurs cherchent à se diversifier dans de nouveaux domaines et à explorer des applications innovantes de la technologie cryogénique. Le secteur est toutefois actuellement dominé par des entreprises présentes sur le marché depuis plus de trente ans.
