Qu'est ce que l'étude de faisabilité ?

Les questions clés à se poser pour la faisabilité d’un mélange

Les composants réagissent-ils lors de l’introduction dans la bouteille ?

Le mélange n'est pas possible en raison d'une incompatibilité chimique : 

• Les molécules ne sont pas compatibles entre elles (gaz corrosif avec de l'humidité).
• Les composants peuvent réagir avec la surface interne de la bouteille ou du robinet sans énergie spécifique. Dans ce cas un traitement spécifique est nécessaire (séchage, purgeage, passivation, changement de matériau (aluminium versus acier)…).

Y a-t-il un risque de réaction violente lors du remplissage de la bouteille ?

Attention aux mélanges avec des molécules inflammables et des molécules oxydantes avec des concentrations finales dangereuses. Le temps de stabilisation du mélange est important. Une formation spécifique est nécessaire pour les services techniques.  

Y a-t-il un risque quand les composants sont toxiques ?

Des installations spécifiques sont nécessaires pour protéger les techniciens et le mélange doit être suffisamment sûr pour le client final.

La pression finale est-elle un critère de non faisabilité ?

Oui si ill y a un grand risque de liquéfaction d'un composant, de changement de phase, il faut alors limiter la pression.
 

Besoins spécifiques demandés ?

Les attentes en termes de tolérance, d'incertitude et de certification des mélanges ont un impact sur les méthodes choisies pour :

• L'introduction de chaque composant (utilisation de cylindres intermédiaires, méthodes dynamiques ou en mode séquentiel...).
• Le type d'étalonnage : par gravimétrie ou par analyse.
• Le volume du cylindre est un paramètre critique. Plus le volume est faible, plus la quantité de gaz disponible est faible. La bouteille dans ce cas étant petite, les masses de gaz sont faibles ce qui impacte l’incertitude d’étalonnage.
• Des gaz étalons contenant les molécules ciblées dans la bonne matrice doivent être disponibles pour étalonner l'analyseur.

Y-a-t’il une importance concernant le type de cylindre?

Oui, le choix des matériaux avec la bonne bouteille pour chaque type de mélange est essentiel.    
Le choix d'une combinaison cylindre/robinet est dicté par le besoin du client (volume de gaz ) et par la réglementation (sortie de bouteille normalisée). A noter que les règles peuvent varier selon le pays fournisseur.
Le choix d'une combinaison cylindre/robinet est dicté par :

1. Les besoins du client : volume/type de valve/utilisation.
2. La compatibilité avec les composants.

Pour assurer la stabilité du mélange en cas de réaction avec le matériau de la bouteille, plusieurs aspects doivent être pris en compte :

• Choix du cylindre en aluminium ou en acier.
• Choix de la qualité d'aluminium.

Par exemple certaines bouteilles en acier ne sont pas recommandées pour les mélanges contenant de l’hydrogène ou des gaz corrosifs pour des raisons de sécurité.
La composition du mélange détermine le choix du matériau et de la technologie de la vanne du cylindre.

• En laiton pour les mélanges inertes.
• En acier inoxydable pour les mélanges corrosifs.

D’autre part pour les mélanges d'oxy-combustibles, le choix de technologies de soupapes spécifiques permet d'éviter les forts risques d'inflammation.
Finalement, le volume de la bouteille et de la nature du gaz ont une influence sur l'incertitude attendue du mélange. En effet, les masses pesées sont différentes et selon la balance utilisée, l'incertitude peut être plus ou moins grande.

Quelle préparation du cylindre avant remplissage ?

Pourquoi il est important d’effectuer une préparation du cylindre :

• Surface intérieure du cylindre pas plane (possibilité de retention des impuretés dans les rugosités). 
• Présence d’éléments métalliques à la surface de l'alliage.
• Bouteilles en acier pouvant avoir un traitement de surface mécanique par microbillage (pour éliminer les traces de rouilles).
• Bouteilles en aluminum pouvant avoir un traitement chimique pour inhiber les sites actifs et éviter les phénomènes d'adsorption.
• Existence de défauts pouvant piéger les impuretés telles que l’oxygène (O₂) et l’eau (H₂O).

Avons-nous la bonne méthode de remplissage ? 

Plusieurs méthodes et systèmes de réalisation d’un mélange peuvent être utilisés selon l'expérience des techniciens et de nos ingénieurs :

• Par pression partielle des gaz du mélange : la détermination de la fraction molaire est basée sur la pression partielle de chaque composant. (processus étape par étape).
• Par gravimétrie:  la détermination de la fraction molaire est basée sur la masse de chaque composant. 
• Par mélangeur dynamique : le mélange est généré dynamiquement puis comprimé à l'intérieur du cylindre.

Influence de la qualité des matières premières

L’approvisionnement de la qualité de chaque gaz introduit dans le cylindre a une influence sur les fractions molaires finales et leurs incertitudes et la stabilité du mélange de gaz. Plus le matériau est pur, plus l'incertitude sur la fraction molaire de chaque composant est faible.
Pour illustrer, prenons l’exemple d’un mélange avec des matériaux de référence contenant 4 gaz avec leurs propres niveaux d’ impuretés - O₂/CO/CO₂ dans N₂. Dans ce cas, les fractions molaires finales seront calculées en tenant compte de chaque impureté des gaz mélangés.

L'étude de faisabilité peut être négative pour des questions économiques car le coût du mélange peut être trop important pour le client final.
Dans ce cas, une solution alternative peut être demandée auprès de notre réseau de centres de conditionnement pour être ensuite proposée à nos clients.

Voici quelques points à considérer concernant l'étude de faisabilité d’un mélange de gaz

Les mélanges de gaz répondent à de nombreuses nouvelles applications analytiques dans différents domaines, comme:

• La qualité de l’air intérieur dans les bâtiments et les réseaux de la qualité de l’air extérieur.
• La transition énergétique dans le secteur de la mobilité avec la mutation des moteurs thermiques vers des moteurs électriques hybrides afin de vérifier et d’analyser la diminution des émissions.
• Le contrôle des sources d'émissions industrielles.

L’ensemble de ces analyses utilisent de nouveaux mélanges afin de répondre aux normes de plus en plus exigeantes, en lien direct avec les directives de réduction des effets de serre de la planète.
Il est donc important de pouvoir répondre aux nouveaux besoins par la faisabilité de mélange de gaz adapté aux analyses les plus précises.

Comme mentionné, la préparation de la surface interne du cylindre est donc une étape clef pour améliorer la stabilité.

Pour cela des traitements spécifiques ont été développés par les experts d’Air Liquide pour nettoyer énergiquement la surface et neutraliser l’activité des sites réactifs afin de réduire les risques de dégradation du mélange

Tous les développements de nouveaux mélanges demandés par nos clients sont vérifiés par nos concepteurs techniques en termes de sécurité, dans le cadre de compatibilité chimique et de stabilité avant de commencer à élaborer une recette.

Si nécessaire et possible, une solution alternative et économique peut être proposée par nos équipes d’experts et nos équipes commerciales pour vos mélanges et aussi pour vos gaz spéciaux.