Lorsque nous réfléchissons aujourd’hui aux installations modernes de mélange de gaz pour la transition énergétique, nous évoluons sur une base qui a été posée dès le début du 19e siècle : la loi d’Avogadro. Dès 1811, Amedeo Avogadro a constaté que des volumes égaux de différents gaz – à une température et une pression identiques – contiennent toujours le même nombre de particules. Cette observation simple mais fondamentale a ensuite conduit directement à la loi des gaz parfaits (loi des gaz parfaits, équation d’état thermique des gaz parfaits). Il a ainsi été possible pour la première fois de décrire mathématiquement avec précision la relation entre le volume, la pression, la température et la quantité de matière (p x V = n x R x T, c’est-à-dire que le produit de la pression et du volume est égal au produit de la quantité de matière en moles, de la constante molaire du gaz et de la température thermodynamique).
Pourquoi est-ce si important pour les techniques de mélange de gaz ? C’est très simple : lors de la production de mélanges gazeux – que ce soit dans des systèmes statiques ou dynamiques – il s’agit essentiellement d’ajouter des quantités déterminées de différents gaz dans les bonnes proportions. La loi d’Avogadro fournit précisément la base physique permettant de mélanger de manière fiable des débits volumiques, des flux massiques et des quantités de substances. Pour autant que la pression et la température des gaz soient connues.
Dans les installations de mélange de gaz statiques et dynamiques de LT GASETECHNIK, on établit donc d’abord une pression homogène contrôlée et reproductible entre les gaz d’entrée.
Mélangeur de gaz type Statique
Dans les mélangeurs de gaz dits statiques ou manuels, on utilise typiquement des débitmètres à flotteur et des vannes de régulation manuelles. Le débit de chaque gaz est réglé manuellement par des vannes de régulation. Si la température et la pression sont constantes, le volume mesuré est directement proportionnel au nombre de particules et donc à la quantité de matière.
Dans la pratique, cela signifie par exemple pour la production d’un gaz contenant 18% d’hydrogène dans du gaz naturel : si l’on ouvre la vanne pour l’hydrogène (H2) de manière à ce que 18 Nm³/h passent par la lame du flotteur et la vanne pour le gaz naturel de manière à ce que 72 Nm³/h s’écoulent, le mélange contient alors 18% de H2 et 72% de gaz naturel – exactement comme le prévoit la loi d’Avogadro. Il n’est pas nécessaire d’utiliser des capteurs sophistiqués tant que les conditions limites restent constantes.
Cette technique est robuste, économique et éprouvée. Elle est particulièrement utilisée dans les cas où des mélanges de gaz simples mais précis, avec des conditions de pression et de température stables, sont requis. Elle atteint toutefois ses limites lorsque les conditions de fonctionnement changent ou lorsque la plus grande précision est requise. C’est pourquoi les mélangeurs de gaz statiques de haute qualité sont proposés avec des garanties allant jusqu’à +/- 0,5 % en volume de précision dans les mêmes conditions de fonctionnement.
Les variations de pression peuvent être éliminées grâce à l’utilisation de régulateurs de pression à dôme de haute qualité. Les différences d’influence de la température sur les différents gaz faussent la proportionnalité entre le débit et la quantité de matière – et décalent le rapport de mélange.
Centrales de mélange de gaz dynamiques
Les mélangeurs de gaz dynamiques équipés de contrôleurs de débit massique (MFC) ou d’une combinaison de débitmètres massiques et de vannes de régulation automatisées fonctionnent différemment. Ces systèmes mesurent directement la quantité de matière ou le débit massique du gaz, avec compensation de la température. La masse étant directement liée à la quantité de matière via la masse molaire, la loi d’Avogadro reste ici aussi le principe sous-jacent : le rapport entre le nombre de particules et le volume peut être pris en compte avec précision en temps réel via la mesure de la pression et de la température.
Dans de telles installations, les gaz sont mélangés avec une grande précision, indépendamment des variations extérieures. C’est particulièrement important dans les processus où la moindre variation peut avoir des conséquences importantes. Ces installations de mélange de gaz sont proposées avec des garanties de précision allant jusqu’à +/-0,1 % en volume dans les mêmes conditions de fonctionnement.
Un autre avantage des systèmes dynamiques est leur flexibilité. Les proportions de mélange peuvent être ajustées automatiquement, les recettes peuvent être enregistrées et rappelées numériquement, et les installations réagissent en une fraction de seconde aux modifications des valeurs de consigne. Les lois classiques du gaz s’associent ici aux techniques modernes d’automatisation pour former un outil performant.
Une base pour la transition énergétique ?
On est loin d’une loi vieille de 200 ans sur la décarbonisation, mais Avogadrosche en fournit le fondement. En effet, avec la transition énergétique, la technologie de mélange de gaz prend encore plus d’importance. L’intégration progressive de l’hydrogène dans les infrastructures existantes ou l’utilisation du propane vert (rLPG) en mélange avec l’air, nécessitent des mélanges de gaz précis. La loi d’Avogadro fournit ici la base théorique pour des processus reproductibles et sûrs.
Cette association entre des connaissances scientifiques vieilles de 200 ans et une technologie industrielle de pointe montre à quel point les lois naturelles classiques et l’ingénierie moderne sont étroitement liées. Sans Avogadro, pas de loi sur les gaz, et sans celle-ci, pas d’installations de mélange de gaz précises.