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L'air liquide

L'air n'a pu être liquéfié avant que ne soient connues les pressions et températures critiques qui marquent les bornes théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister qu'à l'état gazeux. L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict ; mais, en fait, à une température supérieure à − 140 0C, l'air n'est plus liquéfiable. Les premières gouttes d'air liquide ont été obtenues presque simultanément par Louis Paul Cailletet et Raoul Pierre Pictet en 1877, par détente brutale entre 300 et 1 atmosphère.

Le froid nécessaire à la liquéfaction industrielle de l'air est obtenu par détente en utilisant le phénomène de Joule-Thomson. L'abaissement de température provoqué par la détente est proportionnel à la différence entre les pressions initiale et finale. L'énergie dépensée au moment de la compression est proportionnelle au logarithme du rapport des pressions, ce qui signifie que la dépense est la même pour comprimer une masse de gaz de 1 à 10 atmosphères ou de 10 à 100 ; dans le premier cas, l'abaissement de température après la détente est dix fois plus faible que dans le second cas. Pratiquement, l'air est dépoussiéré, débarrassé de son gaz carbonique et de son humidité, comprimé vers 200 atmosphères, refroidi dans un échangeur, puis détendu jusqu'a 25 atmosphères. Une série de compressions et de détentes aboutit à la liquéfaction. Dans la plupart des usines, l'air liquide est immédiatement soumis à une distillation fractionnée qui sépare l'oxygène, l'azote et les gaz nobles. Les installations industrielles sont importantes et il n'est pas rare de voir traiter plusieurs centaines de milliers de mètres cubes d'air à l'heure.

L'oxygène sert essentiellement à la préparation de l'acier. Le remplacement de l'air par de l'oxygène pur, dans l'affinage des fontes, permet d'obtenir des produits plus homogènes et de qualité supérieure, pour une consommation de coke très inférieure.

L'azote, à l'état liquide, a trouvé de nombreux débouchés. Sa très basse température (− 196 0C) en fait un fluide réfrigérant idéal. L'industrie alimentaire surgèle par immersion dans l'azote liquide ; l'industrie spatiale l'utilise sous pression pour des essais de contrôle des éléments de fusée ; les chambres de simulation d'ambiance spatiale sont constituées d'enceintes à double paroi entre lesquelles circule de l'azote liquide ; certains métaux ou alliages oxydables sont protégés de la corrosion par une surpression d'azote stocké à l'état liquide.

L'air liquide enrichi en oxygène sert à la préparation d'explosifs. L'air liquide et les gaz qui en sont extraits circulent dans des « oxyducs », des camions et des wagons-citernes, entre l'usine liquéfactrice et les centres consommateurs.

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Air sec : composition

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Air : propriétés physiques

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  • : docteur ès sciences, maître assistant à l'université de Haute-Normandie

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Pour citer l’article

Jean PERROTEY, « AIR », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/air/