LA FABRICATION DE NITROX

 

 

Le Nitrox tire son nom des premières syllabes des mots anglais "Nitrogène" pour l'azote et "Oxygen" pour l'oxygène. L'air est un Nitrox à 21% d'oxygène "O2" et 79 % d'azote "N2". C'est le "Nitrox du Bon Dieu". Il faut noter que par convention, on indique toujours le pourcentage d'O2 en premier ou seul. Le Nitrox au début a été appelé "Surox". On le qualifie aussi de mélange binaire.

Les mélanges suroxygénés limitent la pression de N2 avec les avantages que cela implique quant aux problèmes de décompression. Mais avec l’inconvénient de limiter la profondeur maximum à cause de leur toxicité.

 

Fabrication

Pour fabriquer du Nitrox, il y a actuellement plusieurs méthodes :

1) L'acheter tout fait

Avantage :

C'est une solution simple et sûre.

Inconvénients :

Elle est onéreuse par son prix d'achat.

Elle oblige à effectuer à priori le choix du pourcentage sans pouvoir le changer facilement par la suite. Ceci n'exclue pas d'en contrôler le pourcentage, une erreur étant toujours possible.

2) Utiliser un filtre à membrane perméable

Le principe consiste à comprimer de l'air contre une membrane qui a la particularité de favoriser le passage de l'oxygène au dépend de l'azote. Celui-ci est éliminé dans l'atmosphère. Ce système avait été créé à l'origine pour produire de l'azote. Ce gaz neutre empêche l'oxydation des produits avec lesquels il est en contact. Il a des applications variées en particulier pour la protection des aliments, des mécanismes fragiles ou de l'électronique.

 


 Figure 1 - Station Nitrox à membrane perméable

On distingue figure 1 :

A droite, le compresseur Basse Pression à vis.

Au milieu, le dispositif à membrane perméable avec en haut le cylindre jaune par lequel s'échappe le surplus d'azote.

Le cylindre jaune de gauche dans lequel vient pomper le compresseur à piston constitue un volume tampon de façon à éviter les à coups sur la membrane perméable.

A gauche, le compresseur haute Pression à pistons.

Derrière, les tampons blancs dans lesquels est stocké le Nitrox.

 

Avantages :

Ce système ne nécessite pas de manipuler d'oxygène pur. Il est donc sans danger.

Il permet de réaliser, avec précision, des mélanges de 32 à 40%.

 

Inconvénients :

Il ne permet pas de réaliser du Nitrox au de là de 40%, pour les décompressions par exemple.

Il nécessite 2 compresseurs : le premier, en général à vis, fournit une moyenne pression d'une quinzaine de bars, pour pousser l'air à travers la membranes sélective ; le deuxième, à pistons, pour élever le mélange à la pression de stockage.

En raison des frais d'investissement et de fonctionnement, ce procédé n'est intéressant qu'à partir du gonflage d'une centaine de bouteilles par jour. Il exclut donc les petites installations.

Il faut par ailleurs porter la plus grande attention à la pollution exogène. En effet, la concentration d'oxygène obtenue au dépend de l'azote a aussi pour effet de concentrer les autres gaz polluants qu'il va donc falloir filtrer sérieusement. (CO2 - Vapeur d'eau et autres gaz plus rares contenus dans l'air et dont les effets ne sont pas bien connus)

 

De plus, il faut éliminer les polluants solides aspirés ou produits par la mécanique ainsi que l'huile utile à son fonctionnement. Il est donc nécessaire, d'ajouter un filtre à tamis moléculaire supplémentaire à la sortie et en conséquence de limiter la vitesse du mélange à la sortie.

 

Le bon fonctionnement de ce type de membrane est aussi lié à la température et à la stabilité de la pression utilisée ce qui nécessite une bonne régulation de ces paramètres.

 

3) L'injection basse pression

 Elle consiste à produire le mélange, à pression ambiante, avant de l'injecter à l'entrée d'un compresseur classique conçu pour compresser de l'air. Pour cela, on injecte de l'O2 pur dans la prise d'air du compresseur. En fait, au préalable, on fait tournoyer l'air et l'oxygène dans un mélangeur ou "Stick" pour éviter des concentrations d'O2 qui pourraient provoquer des explosions en raison de la  présence importante d'huile qui se trouve toujours à l'entrée de ce type de compresseur.  (Voir la figure 2)

 

Ce dispositif est aussi appelé à "Flux continu" ou à "Stick". Ce dernier nom vient probablement du batonnet agiteur utilisé pour mélanger les cocktails... Il est indispensable que le mélange soit fait parfaitement. En effet le compresseur aspire par à coup et entre 2 aspirations l'oxygène pur arrive et peut être aspiré à l'aspiration suivante avec, en présence d'huile, les risques que l'on connaît .

 

Le mélange est ajusté grâce à une vis micrométrique précédée par un détendeur et suivie par un analyseur.

 

Avantages :

L'investissement est d'un prix bas.

Il donne lieu à beaucoup de bricolages. On voit même des dispositifs portatifs.

Il permet d'utiliser la réserve d'O2 jusqu'à la fin.

 

Inconvénients :

- Ce système nécessite une réserve d'oxygène pur dont le transport et la manipulation ne sont pas sans danger.

- Les frais de fonctionnement ne sont pas négligeables en raison du coût de l'oxygène auquel il faut ajouter le transport qui de plus est soumis à une réglementation particulière.

- En raison des risques encourus, la production se limite à des mélanges inférieurs à 40% d'O².

  Figure 2 - Station Nitrox à mélange basse pression

4) Procéder à des transvasements

C'est un moyen couramment utilisé. Ce procédé utilise une lyre de transfert. (Voir la figure 3) Il consiste à remplir le volume à charger avec de l'oxygène pur venant d'une bouteille tampon puis, à faire l'appoint avec de l'air ordinaire venant d'un compresseur classique ou de tampons. (on l'appelle aussi "Fabrication par pressions partielles" ce que nous verrons dans les calculs)

 

Attention à n'utiliser que du matériel parfaitement dégraissé et prévu pour cet usage. En effet les traces de graisse qui s'accumulent avec le temps peuvent s'enflammer spontanément en présence d'O2.

 

Avantages :

Ce système se prête très bien à la production sur le terrain. C'est pourquoi il est utilisé par les plongeurs souterrains et teck.

Il permet de réaliser des mélanges dans tous les rapports souhaités, voire des mélanges complexes comme le trimix .

L'investissement est d'un prix raisonnable.

 

Inconvénients :

Il nécessite une réserve d'oxygène pur avec tous ses inconvénients. (On peut aussi utiliser un nitrox à taux élevé)

Un temps d'homogénéisation du mélange pouvant aller jusqu'à 24 heures est nécessaire avant utilisation.

Un surfiltre avant l'appoint d'air est indispensable pour éliminer toute trace d'huile au contact de l'O2 pur.

Le prix de l'O2 et son transport pose les mêmes problèmes que ceux de l'injection basse pression.

La réserve d'oxygène pur ne peut pas toujours être utilisée jusqu'à la fin. Il faut alors faire appel à un surpresseur.

Lyre de transfert

C'est un appareil simple destiné à réaliser le transfert entre une bouteille tampon et la bouteille à charger. La lyre est utilisable sur des installations mobiles.

Elle est constituée : d'un raccord d'entrée, d'une vanne compensée à laminage, d'un clapet anti-retour pour éviter que le mélange ne puisse remonter dans la réserve d'O2, d'un flexible spécial oxygène, d'un manomètre de précision 1%, (Classe 1) d'un dispositif de dépressurisation et d'adaptateurs éventuels.

 Figure 3 - Lyre de transfert

Les surpresseurs

Ce sont des compresseurs à piston, lubrifiés par une huile "Spéciale oxygène". Ils sont actionnés par un moteur pneumatique utilisant de l'air sous pression dont ils sont très gourmands. Ils multiplient la pression résiduelle par 30 ou 60.

Calculs relatifs au transvasement (Pour les passionnés de calcul)

Le Nitrox est fabriqué en général en passant par 3 phases :

1) Un premier mélange se trouve dans le bloc. Appelons A sa pression et a % son taux d'oxygène.

2) On y a ajoute une pression B avec un mélange dont le taux d'oxygène est b %. (Le plus souvent de l'oxygène pur, donc b = 100%)

3) Puis on complète en ajoutant une pression C avec un mélange dont le taux d'oxygène est c %. (Le plus souvent de l'air naturel, donc c = 21 %)

On obtient ainsi un mélange final dont la  pression est D et le taux d'oxygène d %.

 

- La deuxième règles de Dalton permet d'écrire :

(A x a) + (B x b) + (C x c) = ( D x d)

 

- Les différentes pressions s'ajoutent de telle sorte que :

A + B + C = D d'ou :

C = (D - A - B)

 

En introduisant C dans la première formule on obtient :

(A x a) + (B x b) + (D - A - B) x c = D x d  (Merci Sylvain pour ta correction)

D'ou l'on tire :

B = D(d - c) - A(a - c)

      (b - c)

C'est la formule générale de transvasement de trois gaz

Cette formulation peut s'étendre à davantage de mélanges à base d'oxygène.

 

Exemple I : Le mélange initial dans la bouteille est différent de celui recherché. On ajoute de l'oxygène pur, l'appoint se fait avec de l'air naturel. B et C sont inconnus.

(A = 54 ; a = 40 %) - (B = ? ; b= 100 %) - (C = ? ; c = 21 %) - (D = 200 ; d = 38 %)

On en tire :

B = (200 x 17) – (54 x 19)

        79

On obtient :

B = 30 bars d'oxygène pur et C = 116 bars d'air naturel

 

Exemple II : Au départ, la  bouteille est vide et le mélange initial est identique à celui recherché, B et C sont  inconnus.

(A = 0 ; a = 0 %) - (B = ? ; b= 100 %) – (C = ? ; c = 21 %) – (D = 200 ; d = 38 %)

On en tire :

B = D(d - 21)

        79

Formule simplifiée d'ou l'on obtient :

 

B = 43 bars d'oxygène pur et C = 157 bars d'air naturel

 

Remarques :

5) Injection Haute Pression

Ce procédé consiste à injecter de l'O2 pur Haute Pression à la sortie d'un compresseur air ou de tampons air.

 

Avantages :

Il permet de réaliser tous les rapports de mélanges.   Les frais d'entretien sont minimes.

 

Inconvénients :

Un surpresseur est nécessaire pour utiliser la réserve d'oxygène jusqu'à la fin.

Le surpresseur fonctionne à l'aide d'une réserve d'air mais il fonctionne lentement.

Il y a manipulation d'oxygène pur avec les inconvénients que cela comporte en frais de fonctionnement.

 

Accessoires

Tous ces systèmes nécessitent au moins un analyseur pour contrôler la production et un autre juste avant l'utilisation.

Tout le matériel utilisé : vannes, conduites, manomètres, tampons doit être aux normes oxygène ce qui induit des coûts d'investissements de requalification et d'entretien supplémentaires.

 

Réglementation

On trouve sur le marché de nombreux appareils permettant de réaliser les différentes installations décrites ci-dessus.


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