La liquéfaction à Grenoble


Les débuts de la liquéfaction à Grenoble sont l’une des conséquence du repli dans cette ville d’un certain nombre de physiciens de Strasbourg, qui, vers les années 1940, sous la conduite de Louis Néel, ont fui la zone occupée.

Parmi eux, Louis Weil, qui entreprend des recherches sur les propriétés magnétiques des poudres.

Louis Weil comprend rapidement la nécessité de disposer de températures inférieures à celles de l’azote liquide. A cet effet, il confie en 1947, à un jeune ingénieur, Albert Lacaze, un sujet de thèse intitulé : "Un liquéfacteur d’Hydrogène à débit variable jusqu’à 15 litres/heures".



Le premier liquéfacteur hydrogène


 
Inspiré de quelques appareils déjà réalisés en europe, cet appareil ne comportait pas de machine de détente. La liquéfaction était obtenue par détente de Joule Thomson de l’hydrogène à 150 bars, pré-refroidi à 62.5K (bain d’azote liquide sous pression réduite).


Toute l’installation était installée dans le sous sol de la faculté des sciences de l’Institut Fourier, prés de la gare de Grenoble. L’hydrogène était manipulé à l’air libre.... Néanmoins les opérateurs portaient des lunettes et ... ouvraient les fenêtres.


Malgré quelques débuts d’incendies et explosions légères, aucun accident corporel ne fut, fort heureusement, à déplorer.

Les réservoirs de 10 ou 25 litres d’air liquide provenait de l’usine locale "l’Air Liquide", qu’un garçon de laboratoire allait chercher sur une remorque tirée par une bicyclette, ou que Louis Weil transportait dans sa voiture.

 

Le premier liquéfacteur d’hélium


Dès 1950, Weil et Lacaze entreprirent la construction d’un liquéfacteur d’hélium, fonctionnant toujours sans machine de détente, dans lequel l’hydrogène produit dans le premier liquéfacteur était introduit pour obtenir les conditions de température nécessaires à la liquéfaction de l’hélium par détente Joule Thomson.

Ainsi, les premières expériences grenobloises à 4.2K furent possibles vers le début des années 1950, mais relevaient du "parcours du combattant" :

Commencée en début de matinée par le démarrage du liquéfacteur d’hydrogène, l’opération se poursuivait par le transport dans une pièce voisine où était installé le liquéfacteur d’hélium, des quelques litres d’hydrogène qui permaitaient de pré refroidir l’hélium. Finalement, en fin de soirée, quelques litres d’hélium étaient obtenus. L’expérience pouvait commencer pour finir tard, dans la nuit.



Le liquéfacteur mixte

 Devant la complexité de ces opérations, L. Weil chargea Lacaze d’entreprendre la construction d’un troisième appareil, appelé "liquéfacteur mixte".
Le même appareil contenait les deux circuits, hydrogène et hélium. L’azote liquide, nécessaire au pré refroidissement était introduit à partir de l’extérieur.
Les machines (compresseur H2, He, pompes à vide N2 et H2), avaient dû subir d’importantes modifications pour s’adapter à ces fluides (étanchéïté, notamment).

Vers 1954, l’appareil fut en mesure de produire soit 5 litres/heure d’hélium, soit 10 litres/heure d’hydrogène.

En 1956, les quantités produitent annuellement atteignaient 100 litres d’hélium et 400 litres d’hydrogène.

Ce prototype, qui allait devenir quelques années plus tard le liquéfacteur TBT, assura la production d’hélium et d’hydrogène du laboratoire des basses températures jusqu’en 1962.
 


La création de la société TBT

 Le dynamisme de L.Weil et sa motivation pour les relations entre universitaires et industriels le conduisit à proposer en 1956 la création de la Société TBT, regroupant au départ, quelques universitaires et industriels locaux.
TBT se mit alors à construire, non seulement des liquéfacteurs, mais également d’autres matériels cryogéniques : cryostats, cannes de transferts, réservoirs de stockage...

Plusieurs dizaines de liquéfacteurs furent ainsi vendus.

Vers 1958, la société "L’Air Liquide" racheta la majorité des parts de TBT et décida d’intégrer ses activités sous forme de filiale.

La création, quelques années plus tard du Centre d’Etudes Cryogénique de Sassenage, qui devint ensuite la Division des Techniques Avancées et aujourd’hui Air Liquide Advanced Technologies est probablement l’une des conséquence de cette collaboration.


Les évolutions

  • 1965/1967 : Construction au laboratoire et mise en service d’un liquéfacteur TBT "extrapolé" produisant 20 l/h.
  • 1971/1972 : Réinstallation complète de la centrale dans ses locaux actuels, acquisition d’un liquéfacteur Phillips 10 l/h et de l’installation de récupération.
  •  1976 : Mise en service d’un liquéfacteur à turbine "Air Liquide" 40 l/h et arrêt progressif des anciens liquéfacteurs.
 

 
  •  Vers les années 1982/83, la consommation d’hélium allait connaître un acccroissement important et de plus en plus fréquemment, l’installation s’avérait insuffisante pour faire face à toutes ces demandes.Cette situation allait conduire à la mise en place d’un plan de financement, étalé sur 3 exercices budgétaires, intitulé : "Rénovation, renforcement des installations de liquéfaction de Grenoble".Entre 1984 et 1986, cette opération allait permettre l’aquisition d’un nouveau liquéfacteur "Hélial " de l’Air Liquide, la fourniture d’un réservoir de stockage d’hélium liquide de 6000 litres, l’accroissement ou remplacement du nombre de compresseurs de récupération d’hélium et des stockages gazeux sous haute pression et un certain nombre d’améliorations diverses.
 

  • 1996 : Aquisition d’un deuxième liquéfacteur "Hélial


Installations actuelles

Avec une distribution d’environ 450 000 litres d’hélium liquide par an, le centre de liquéfaction interlaboratoire de Grenoble est considéré comme le plus important des centres français.

La production d’hélium liquide est assurée par :

  • Deux liquéfacteurs d’hélium Hélial (Air Liquide), avec pré-refroidissement à l’azote liquide, pouvant produire 100 et 130 litres par heure.
  • 3 réservoirs fixes de stockage de 6000 et 5000 litres associés aux liquéfacteurs. Un parc d’une centaine de vases cryogéniques mobiles de toutes capacités (de 38 à 1000 litres) destinés à la distribution. Un important réseau de récupération d’hélium gazeux qui est relié à 5 compresseurs 200bar. Ceux ci permettent de stocker le gaz dans des capacités hautes pression d’un volume de 28 000 m3 TPN (1 litre de liquide = 750 litres de gaz TPN).
  • Enfin, un système de purification du gaz composé de sécheurs et d’épurateurs, controlé par des analyseurs qui garantissent la pureté du gaz récupéré.
  • On notera que le centre gère aussi les stockage d’azote liquide du site (5 réservoirs de 3000 à 27000 litres, 1 million de litre/an) ainsi que les réseaux de distribution automatique associés.

Evolution de la distribution d'hélium liquide

Evolution de la distribution d’hélium liquide

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