Boîte à gants sous gaz neutre
La boîte à gants gaz neutre est le matériel adapté pour le confinement de procédés scientifiques sous une atmosphère inerte. Son utilisation se révèle incontournable lorsque l’opération met en œuvre des agents, des substances, des matières et des matériaux sensibles à l’air ou à l’humidité. Son rôle consiste, ainsi, à séparer le milieu interne maîtrisé de l’atmosphère afin de protéger le produit. Comment fonctionne une boîte à gants sous gaz neutre et quelles sont ses applications ?
Quel est le principe d’une boîte à gants sous gaz neutre ?
Une boîte à gants est un volume hermétique où on crée une atmosphère particulière pour manipuler divers éléments. Elle est composée d’une structure inox, de parois transparentes avec des gants de protection, de sas de transfert, des régulateurs et de systèmes de sécurité automatiques.
Quand la boîte à gants est purifiée sous gaz neutre, alors son atmosphère est renouvelée et épurée en permanence par la recirculation en boucle fermée avec un épurateur de gaz. Une alimentation en gaz neutre connectée au circuit permet de compenser automatiquement tout manque de gaz qui interviendrait dans la boîte à gants. Le gaz pur remplace l’air à l’intérieur de l’enceinte pour empêcher toutes réactions avec les éléments manipulés. Le purificateur de gaz élimine l’oxygène, l’eau et les solvants.
En outre, la pression interne de la boîte à gants gaz neutre est légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Ainsi, les composés atmosphériques comme l’oxygène ou l’humidité sont automatiquement repoussés hors de l’enceinte même s’il y a des microfuites. On parle de fonctionnement en surpression.
Quel est le principe d’une unité de purification ?
Une unité permet de purifier l’environnement (gaz) de la boîte à gants. Le gaz purifié repart par la suite dans l’enceinte hermétique. L’échange permanent unité de purification-boîte à gants permet de renouveler l’atmosphère qui sera mesurée et contrôlée. C’est la base du maintien de la pureté interne. Le passage du gaz par l’unité de purification est un processus incontournable permettant l’élimination de tous micropolluants à l’intérieur de l’enceinte hermétique.
Pour obtenir et maintenir les teneurs résiduelles en O2 et H2O à un niveau de l’ordre du ppm ou inférieur, l’unité de purification doit être bien dimensionnée et connectée à la boîte à gants de classe 1.
Les composants de l’unité de purification
Certains composants de l’unité de purification sont déterminants dans ses performances finales. Ces composants sont :
- Épurateur en inox : c’est le réacteur où sont situées les deux espèces chimiques permettant d’absorber l’humidité et l’oxygène du gaz porteur.
- Tamis moléculaire : l’absorption du H2O se fait avec les petites zéolithes qui constituent le tamis moléculaire.
- Catalyseur cuivre en granulés : celui-ci permet l’absorption de l’O2.
- Ventilateur hermétique : c’est un composant crucial de l’installation. Il favorise la circulation du gaz entre l’épurateur et la boîte à gants.
- Coffret de commande avec automate PLC (Program Logical Controller) : l’automatisation de plusieurs opérations est assurée par le coffret de commande : régénération automatique de l’épurateur assimilée à une ré-activation des charges de l’épurateur en cas de saturation et régulation de pression maintenant l’enceinte hermétique à une pression légèrement supérieur à celle de l’atmosphère.
- Écran tactile couleur : il est connecté à tous les capteurs de l’installation et est relié au coffret de commande. Toutes les données importantes (température, pression, valeurs H2O et O2, alarmes paramétrables et d’autres opérations configurables) sont affichées sur l’écran tactile.
- Tuyauteries inox et vannes automatisées : l’ensemble permet la gestion du circuit de purification. Tout un ensemble de tuyauteries inox et vannes automatisées pour la gestion du circuit de purification et dont les caractéristiques sont importantes aussi dans la qualité finale.
Les différents gaz neutres utilisés dans une boîte à gants
Les gaz neutres ou inertes sont des gaz qui ne réagissent pas avec les éléments chimiques durant les expérimentations. Attention, un gaz considéré comme neutre au cours d’une réaction chimique peut ne pas l’être dans d’autres circonstances. Quels sont, alors, les gaz utilisés pour inerter une boîte à gants dédiée à la protection de produits ?
- L’argon ou Ar ;
- Le diazote ou N2 (réactif avec certains matériaux comme le titane ou le lithium) ;
- L’hélium ou He, plus rarement utilisé plus spécifiquement dans l’industrie en mélange permettant une détection de fuites d’un composant (par exemple fermeture d’un pacemaker).
On distingue deux sortes de fonctionnements chez les boîtes à gants sous gaz inerte :
- Le balayage perdu sous flux gazeux : l’atmosphère est renouvelée par balayage permanent de gaz. Dans ce cas, la boîte à gants consomme un volume de gaz neutre plus important et dépendant de la pureté souhaitée (gaz neutre).
- Le circuit fermé avec épurateur de gaz : le gaz circule en circuit fermé grâce à l’unité de purification. Elle permet aussi une épuration en continu des traces d’O2 et d’H20. Dans ce cas, la consommation en gaz inerte est fortement réduite et permet une pureté interne de l’ordre du ppm.
L’utilisation de gaz neutre
Pour garantir le confinement des procédés ou des produits dans une atmosphère contrôlée, le gaz doit faire l’objet d’une épuration. Une fois purifié, le gaz permettra la création d’un environnement de travail exigé par les produits réactifs à l’oxygène et à l’eau. Ainsi, avant son introduction dans la boîte à gants, le gaz neutre va passer par un système de purification de gaz. La purification de ce gaz est indispensable afin que celui-ci puisse avoir la qualité requise, garantissant la pureté nécessaire à la manipulation des produits.
Après leur purification, il peut être utilisé en remplacement de l’air au sein de la boîte à gants. Ainsi, à l’issue de cette purification, le gaz neutre est entièrement exempt d’oxygène et d’eau. La purification des gaz est une étape très importante puisqu’il suffit d’une très faible quantité de composants atmosphériques pour que certains produits réagissent. À seulement quelques ppm, certaines substances peuvent s’oxyder ou sont hygroscopiques.
Pour permettre la purification et le renouvellement de l’atmosphère d’une boîte à gants, la circulation de gaz neutre à l’intérieur de l’enceinte doit se faire de manière correcte. Il est alors indispensable d’utiliser une unité d’épuration de gaz afin de permettre un tel procédé. Un système d’épuration de gaz assure la recirculation en boucle fermée de celui-ci dans la boîte à gants.
Une boîte à gants embarque également d’autres composants
Une boîte à gants peut être constituée de différents composants de sécurité, de capteurs, de régulateurs, de gants de manipulations et d’une unité d’épuration des gaz. Une garde hydraulique permet d’éviter évitent que l’intérieur de la boîte soit en surpression excessive. Tous ces composants contribuent donc au bon fonctionnement de la boîte à gants.
Plusieurs secteurs ont recours à la boîte à gant sous gaz neutre : la microélectronique, la chimie organométallique, l’industrie aéronautique et spatiale, les semiconducteurs, la recherche et développement, et bien d’autres.
Quelles sont les applications d’une boîte à gants sous gaz neutre ?
La boîte à gants sous atmosphère inerte empêche les matières hautement réactives d’entrer en contact avec les composants atmosphériques. Grâce au gaz neutre, les taux d’oxygène et d’humidité y sont maintenus en dessous de 1 ppm. Elle peut avoir son utilité dans différents process industriels et scientifiques. Qu’il s’agisse de recherche, de fabrication ou de construction, de conditionnement, etc., elle est indispensable tant que le procédé réagit à l’air ambiant.
Les exemples d’applications de la boîte à gants sous gaz neutre :
- Expérimentations anaérobies strictes.
- Fabrication additive.
- Soudage laser, soudage en titane, alliages et superalliages aéronautiques.
- Chimie organométallique.
- Montages et tests électrochimiques.
- Science des matériaux et polymères, etc.
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