Calculatrice SF6 : masse de gaz et humidité (point de rosée ↔ ppmv)

Calculez les kilos de SF6 d'un compartiment avec l'équation de van der Waals et convertissez l'humidité entre point de rosée et ppmv en tenant compte de la pression de mesure.

Masse de gaz et humidité : point de rosée, ppmv et pression

Calculez les kilos de SF6 contenus dans un compartiment à partir de son volume, de sa pression et de sa température, et convertissez l'humidité entre point de rosée et ppmv en tenant compte de la pression de mesure.

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Ce que fait cette calculatrice

Deux choses que l’on traite mal sur le terrain : combien de kilos de SF6 se trouvent réellement dans un compartiment, et ce que signifie le point de rosée que vient d’afficher l’analyseur.

Masse de gaz

Pour le registre des émissions, pour planifier une récupération et pour savoir si une fuite est significative, il faut la masse, pas la pression. Elle se calcule à partir du volume du compartiment, de la pression et de la température en résolvant l’équation de van der Waals pour le SF6 (a = 7,857 L²·bar/mol², b = 0,0879 L/mol, M = 146,06 g/mol).

Ce n’est pas un raffinement académique. Le SF6 s’écarte du gaz parfait bien plus tôt que l’air : à 6 bar absolus et 20 °C son facteur de compressibilité tourne autour de 0,94, si bien que la formule du gaz parfait laisse de côté environ 6 % de la masse. La calculatrice affiche cet écart pour que la taille de l’erreur soit visible.

La température compte autant que la pression : la même cellule à −10 °C et à 30 °C donne des pressions très différentes avec exactement la même quantité de gaz. C’est pour cela que les densimètres sont compensés en température, et qu’une « chute de pression » en hiver n’est pas toujours une fuite.

Humidité : point de rosée et ppmv

Après les produits de décomposition, l’eau est le problème du SF6 : elle réduit la tenue diélectrique superficielle et, en présence d’arc, forme des composés corrosifs.

La calculatrice convertit dans les deux sens avec les équations de Buck, sur glace en dessous de 0 °C, comme le rapportent les hygromètres à point de rosée :

  • du point de rosée mesuré vers les ppmv ;
  • des ppmv vers le point de rosée obtenu à une autre pression.

Cette seconde conversion évite l’erreur d’essai la plus fréquente. La teneur en eau en ppmv ne change pas avec la pression — les molécules d’eau sont ce qu’elles sont — mais le point de rosée, si : en comprimant le gaz la pression partielle de vapeur augmente et l’eau condense à plus haute température. Mesurer à la pression atmosphérique et comparer à une limite donnée à la pression de service, ou l’inverse, revient à valider un gaz humide.

Exemple résolu

Compartiment de 1 m³ à 5 bar manométriques et 20 °C, avec un point de rosée mesuré de −40 °C à la pression atmosphérique.

  • Pression absolue : 6,01 bar → masse volumique 38,4 kg/m³ → 38,4 kg de SF6. En gaz parfait on aurait obtenu 36,1 kg : 2,3 kg de moins.
  • −40 °C à 1,013 bar équivalent à 127 ppmv.
  • Ce même gaz, à 6 bar absolus, a un point de rosée de −23 °C.

Ce que cette calculatrice ne fait pas

Elle ne dit pas si le gaz est apte : cela dépend aussi de la pureté (pourcentage de SF6 face à l’air et au CF4) et des produits de décomposition (SO2, H2S, HF), qui se mesurent à l’analyseur et ne se déduisent pas de la pression. Elle ne remplace ni le densimètre de la cellule ni le calcul de fuite, qui exige deux mesures espacées dans le temps avec leur température. Et elle ne couvre ni les mélanges SF6/N2 ni les gaz alternatifs, dont les constantes sont différentes.

Avec quoi on mesure

La pureté, l’humidité et les produits de décomposition se mesurent avec un analyseur de gaz SF6. La détection de fuites et les équipements de récupération, de stockage et de remplissage relèvent de la même gamme d’essai d’appareillage.

Questions fréquentes

Pourquoi ne peut-on pas traiter le SF6 comme un gaz parfait ?
Parce que c’est une molécule grande et lourde qui s’écarte sensiblement du comportement parfait dès les pressions de service. À 6 bar et 20 °C le facteur de compressibilité avoisine 0,94 : calculer la masse en gaz parfait la sous-estime d’environ 6 %. Sur un compartiment de 500 litres, cela fait près de deux kilos manquants dans le registre des émissions.
Pourquoi le même gaz donne-t-il des points de rosée différents ?
Parce que le point de rosée dépend de la pression partielle de la vapeur d’eau, et cette pression partielle augmente avec la pression totale. La même teneur en ppmv qui condense à −40 °C à la pression atmosphérique condense au-dessus de −25 °C à 6 bar absolus. Un point de rosée sans la pression de mesure ne veut donc rien dire.
L'humidité se mesure-t-elle à la pression de service ou à la pression atmosphérique ?
Cela dépend de l’appareil et de la limite appliquée. Beaucoup d’analyseurs mesurent à pression réduite puis calculent ; les guides et les limites sont en général donnés à une pression précise. L’essentiel est de ne pas comparer une mesure faite à une pression avec une limite donnée à une autre : c’est exactement la conversion que fait cette calculatrice.