Qu’est-ce que le gaz d’argon ?
Élément n° 18. Son symbole est Ar.
L’étymologie du mot signifie “paresseux” en grec, en référence à son caractère non réactif.
L’argon est utilisé pour créer une atmosphère inerte. Il est également utilisé pour produire du titane et d’autres éléments réactifs. Il est également utilisé par les soudeurs pour protéger les soudures et dans les ampoules à incandescence pour empêcher l’oxygène de corroder le filament.
Le gaz d’argon est le plus abondant des gaz nobles (0,93%v/v dans l’air) et sa coexistence avec l’oxygène est problématique.
Propriétés du gaz d’argon
L’argon est un gaz incolore et inodore et un gaz noble appartenant au groupe 18 du tableau périodique des éléments ; les éléments du groupe 18 comprennent, outre l’argon, l’hélium, le néon, le krypton, le xénon et le radon. Tous ces éléments existent à l’état gazeux dans l’atmosphère.
La principale caractéristique des gaz nobles est qu’il s’agit de gaz inertes dont la réactivité est très faible en raison de leur configuration électronique très stable (bien que même les gaz nobles puissent être amenés à réagir dans certaines conditions).
Les gaz inertes sont utilisés pour éviter les réactions chimiques favorisant la dégradation qui se produisent lors des réactions d’oxydation et d’hydrolyse entre l’échantillon et l’oxygène ou l’humidité de l’air.
En particulier, les gaz d’argon et d’azote purifiés sont les gaz inertes les plus couramment utilisés en raison de leur abondance naturelle (78,3 % de N2 et 1 % d’Ar dans l’air) et de leur faible coût. En particulier, bien que l’argon soit plus cher que l’azote, son inertie est inférieure à celle de l’azote, ce qui rend l’argon approprié pour les matériaux et les environnements où il réagirait avec l’azote.
L’argon a à peu près la même solubilité que l’oxygène et est 2,5 fois plus soluble dans l’eau que l’azote.
L’argon a une conductivité thermique inférieure à celle de l’air, de sorte qu’une meilleure isolation thermique peut être obtenue en ajoutant de l’argon dans les espaces entre les vitres.
Utilisations du gaz d’argon
En tant que gaz inerte à très faible réactivité, l’argon fournit une atmosphère inerte qui l’empêche de réagir avec l’oxygène dans les semi-conducteurs et l’acier. Le gaz d’argon est utilisé dans le soudage à l’arc pour éviter les réactions avec le métal en fusion.
L’argon est également utilisé dans les tubes fluorescents et les ampoules basse consommation. Les tubes fluorescents contiennent des traces de mercure et d’argon, l’argon facilitant la décharge du filament. La faible réactivité de l’argon est utilisée pour prolonger la durée de vie du filament.
Dans les denrées alimentaires, il est également utilisé comme gaz d’encapsulation dans le vin. Non seulement pour prévenir l’oxydation, mais aussi parce que l’argon, qui est plus lourd que l’air, peut efficacement chasser l’oxygène des bouteilles de vin.
L’argon a également une conductivité thermique inférieure à celle de l’air ou de l’azote. C’est pourquoi les fenêtres à double vitrage utilisent de l’argon pour remplir les espaces entre les vitres.
L’argon est donc utilisé dans divers secteurs industriels, notamment en raison de sa faible réactivité et du fait qu’il s’agit du gaz noble le plus abondant.
Dangers du gaz d’argon
Le gaz d’argon est une substance non dangereuse en utilisation normale. L’argon est présent dans l’air à hauteur d’environ 1 % et nous le respirons avec l’oxygène et l’azote. L’argon lui-même n’est pas toxique et, à faible concentration, n’a aucun effet lorsqu’il est inhalé. De plus, l’argon est un gaz inerte (ininflammable) qui ne réagit pas avec d’autres substances et ne provoque pas d’incendie dans un environnement normal.
En revanche, il peut provoquer l’asphyxie s’il est inhalé à des concentrations élevées, de sorte qu’il convient d’éviter les environnements présentant des concentrations élevées.
Comme ils sont souvent manipulés dans des bouteilles, il y a un risque que des fuites des bouteilles entraînent des concentrations élevées de gaz dans la pièce. Il est possible d’y remédier en arrêtant immédiatement la source de la fuite et en assurant une ventilation adéquate de la pièce. Lors de la manipulation d’argon liquéfié, la bouteille elle-même devient très froide en raison de la chaleur de vaporisation lorsque l’argon s’évapore, de sorte qu’il y a un risque de gelure en cas de contact avec les mains nues. Dans ce cas, un équipement de protection peut être utilisé pour garantir une manipulation sûre.
Méthodes de purification du gaz d’argon
L’argon de haute pureté pour le gaz d’une bouteille est produit en séparant l’argon de l’air. La méthode utilisée est la “méthode de séparation de l’air par le froid profond”. Cette méthode consiste d’abord à éliminer l’eau et le dioxyde de carbone de l’air par un prétraitement, puis à refroidir l’air purifié à une température cryogénique comprise entre -170 et -190 °C. Cette méthode utilise les différences de pression de vapeur (c’est-à-dire les différences de points d’ébullition) pour séparer les gaz présents dans l’air.
Par ailleurs, le point d’ébullition de l’azote est de -195,8°C, celui de l’oxygène de -183,0°C et celui de l’argon de -185,7°C. Cette méthode est utilisée pour séparer et raffiner l’oxygène, l’azote et l’argon de l’air respectivement.
Bouteilles de gaz d’argon
Le gaz d’argon est généralement vendu en bouteilles. Les types de bouteilles comprennent les conteneurs généraux et les conteneurs cryogéniques. Alors que des qualifications liées au gaz à haute pression sont requises pour la production et la vente de gaz d’argon, aucune qualification spécifique n’est exigée pour l’utilisation des bouteilles de gaz.
Dans les conteneurs généraux, l’argon est rempli à l’état gazeux à une pression élevée de 14,7 MPa. Les bouteilles sont disponibles dans des tailles de 7000 L, 1500 L et 500 L, en fonction de la quantité d’argon remplie. Une bouteille de 7000 L pèse environ 60 kg, il faut donc être prudent lors du transport et de la manutention.
Le gaz d’argon est également vendu en bouteilles avec des puretés allant jusqu’à 99,9999 % (six neuf), bien que du gaz d’argon de très haute pureté puisse être nécessaire en fonction de l’utilisation prévue.
Dans les conteneurs cryogéniques, l’argon est rempli à l’état liquide. La quantité d’argon remplie est plus importante que dans les conteneurs ordinaires, ce qui les rend adaptés à de grandes quantités de consommation. Cela réduit également la fréquence à laquelle les bouteilles doivent être remplacées, ce qui contribue à réduire les coûts. Les bouteilles sont disponibles dans des tailles de 127 000 L ou 36 000 L. Comme elles sont assez lourdes, elles nécessitent un distributeur ou un spécialiste pour les porter et les transporter.