GAZ ANALYSE DES

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Problèmes posés par l'analyse des gaz

Principe de l'analyse

Les différents problèmes qui se présentent se ramènent pratiquement à l'un des trois suivants :

– déterminer s'il s'agit d'un gaz pur ou d'un mélange ;

– en présence d'un gaz pur, identifier ce gaz ;

– s'il s'agit d'un mélange, caractériser et doser ses divers constituants.

Pour savoir si l'échantillon étudié est un gaz pur, il convient de rechercher si, en mettant en œuvre les diverses méthodes physiques de séparation dont on dispose (condensation, vaporisation et distillation fractionnées, adsorption), ou en utilisant divers réactifs chimiques, on parvient à séparer plusieurs fractions. Si le gaz s'avère non fractionnable, on peut le considérer comme un gaz pur et il convient alors de l'identifier.

Les essais effectués pour tenter de le fractionner auront en général fourni d'utiles indications sur sa nature. En outre, ses caractères organoleptiques (couleur, odeur déterminée avec précaution sur une bulle) et certaines propriétés aisées à déterminer (inflammabilité spontanée à l'air, combustibilité, comportement sous l'action de la chaleur, de l'eau et de la potasse) permettront en général de le classer dans un groupe à l'intérieur duquel on parviendra à l'identifier facilement, grâce à des réactions spécifiques.

Identification

Tableau : Identification

Identification systématique des principaux gaz. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Si les essais d'analyse immédiate ont montré que le gaz est un mélange, il convient de caractériser ses divers constituants, puis de les doser. En fait, on effectue le plus souvent simultanément l'analyse qualitative et l'analyse quantitative, car les méthodes de séparation qui permettent d'isoler les diverses fractions permettent aussi de les doser.

Jusqu'à l'apparition de la chromatographie, on pouvait considérer qu'il n'existait pas en gazométrie une méthode générale simple, mais qu'on disposait seulement de quelques techniques – condensation et vaporisation, adsorption, absorption, combustion – grâce auxquelles on isolait, on caractérisait et on dosait simultanément les divers constituants d'un mélange, même complexe.

Si la chromatographie rend possible toutes les séparations sur un mélange, elle exige le plus souvent la mise au point d'une colonne particulière qui doit être utilisée dans certaines conditions, notamment de température, et l'identification des constituants risque d'être assez délicate, à moins de la faciliter en couplant un spectromètre de masse au chromatographe. La lacune évoquée plus haut n'est donc que partiellement comblée.

Il convient de souligner que dans bien des cas les problèmes d'analyse sont plus simples à résoudre. En effet, certains gaz ne peuvent pas coexister dans un mélange sans réagir ou disparaître, ce qui diminue le nombre de mélanges théoriquement possibles. En outre, on dispose toujours de renseignements sur le mélange : ou bien on connaît son origine et on est par conséquent à même de prévoir quels sont les gaz éventuellement présents, ou bien, si on l'ignore, les essais d'analyse immédiate effectués pour constater qu'il s'agit d'un mélange ont fourni d'utiles indications sur sa nature. En possession de ces données, on peut choisir la méthode de séparation et de dosage adéquate. Enfin, très souvent, le problème se simplifie encore davantage : les constituants du mélange sont connus et il s'agit simplement de les doser, le dosage pouvant d'ailleurs être limité à celui d'un seul des constituants. C'est le cas de l'analyse des fumées où, après avoir longtemps dosé le dioxyde de carbone, on se contente de plus en plus de déterminer la teneur en oxygène. Signalons que, dans ce cas comme dans beaucoup d'autres, on ne procède plus à aucune séparation : on mesure directement la grandeur d'une propriété physique dont on connaît les variations en fonction de la composition du mélange.

Prélèvement ou échantillonnage

Comme toutes les autres analyses, l'analyse gazométrique ne conduit à des résultats valables que si l'échantillon examiné est vraiment représentatif du gaz à analyser. Or de nombreuses causes d'erreurs, inhérentes aux propriétés spécifiques des gaz, risquent de perturber le prélèvement et d'ôter de ce fait toute signification aux résultats. Citons notamment : la facilité avec laquelle certains gaz (hydrogène, hélium) diffusent, la possibilité d'adsorption de certains constituants par les parois ou leur dissolution dans des traces d'eau présentes dans l'ampoule de prélèvement.

Il convient en effet d'insister sur les erreurs dues à la solubilité des gaz dans les liquides de garde utilisés et plus spécialement dans l'eau, à laquelle on a intérêt à substituer des solutions salines, par exemple une solution à 20 p. 100 de sulfate disodique et 5 p. 100 d'acide sulfurique (solution de Kolbe), quand on ne peut pas employer du mercure, seul liquide de garde satisfaisant.

Signalons également les risques de pollution d'un échantillon de gaz lorsqu'on le fait circuler dans des canalisations souples constituées par des matériaux pouvant être perméables à l'air ou désorber certains des gaz qu'elles ont véhiculés précédemment.

Faisant abstraction des nombreux cas particuliers de prélèvement (gaz dissous dans les liquides, occlus dans les boîtes de conserves, présents dans les métaux ou dans les roches, dans le sol, etc.), on n'envisagera que les deux cas les plus fréquents : gaz présents dans une atmosphère accessible et gaz présent dans un four ou circulant à l'intérieur d'une conduite (carneau).

Dans le cas d'une atmosphère accessible, il est préférable, chaque fois que cela est possible, de procéder à l'analyse sur place en faisant passer par aspiration le gaz dans l'analyseur. Lorsque cela n'est pas réalisable, on prélève un échantillon dans une ampoule en verre comportant deux robinets et dans laquelle on a fait le vide. On peut également remplir l'ampoule d'eau et la vider dans l'atmosphère (mais il y a des risques de dissolution des constituants solubles), ou encore faire circuler le gaz à analyser dans une ampoule initialement remplie d'air, en attendant suffisamment pour que la purge de l'ampoule soit parfaite.

Dans le cas d'un gaz présent dans un four ou circulant dans une conduite, on perce un orifice dans la paroi de l'enceinte, et on introduit une sonde adéquate (matériau approprié à la température du four, à la nature du gaz, etc.) que l'on met en relation avec une ampoule de prélèvement ou avec l'analyseur, en utilisant un système d'aspiration et en interposant éventuellement un filtre, un pot de condensation et un réfrigérant.

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Écrit par :

  • : ingénieur de l'École supérieure de physique et chimie industrielles, professeur honoraire de l'université de Paris-XI

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Pour citer l’article

Henri GUÉRIN, « GAZ ANALYSE DES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/analyse-des-gaz/