Hexafluorure de soufre
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L’hexafluorure de soufre est un composé chimique de soufre et de fluor, de formule chimique SF6. C’est un gaz inerte, sans odeur, incolore.
Sommaire
• 1 Synthèse et propriétés chimiques
• 2 Applications
• 3 Application médicale
• 4 Danger en cas d’exposition à une concentration élevée et prolongée
• 5 Applications électriques
• 6 Aspects environnementaux
• 7 Alternative pour le matériel électrique
Synthèse et propriétés chimiques
SF6 peut être préparé en exposant du soufre S8 à du fluor F2, procédé découvert par Henri Moissan et Paul Lebeau en 1901. Il se forme également d'autres fluorures de soufre au cours de cette réaction, mais ils disparaissent par chauffage (qui dismute le décafluorure de disoufre S2F10, très toxique) et traitement du produit par l'hydroxyde de sodium NaOH pour éliminer le tétrafluorure de soufre SF4 restant.
SF6 est pratiquement inerte chimiquement. Il ne réagit pas avec le sodium fondu, mais réagit de façon exothermique avec le lithium.
On peut préparer le SF5Cl à partir du SF4, mais il s'agit d'un oxydant fort qui s'hydrolyse rapidement en sulfate SO42-.
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Applications
Le SF6 est utilisé :
• comme gaz détecteur de fuites (usage maintenant interdit en Union européenne, Directive F-gas;
• dans la métallurgie pour la production d’aluminium et de magnésium ;
• dans la fabrication de semi-conducteurs (en raison de son caractère inerte et de sa densité permettant de maintenir la pureté du milieu contre les poussières et éléments oxydants), ainsi que dans la gravure ionique réactive du silicium ;
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dans la construction électrique : postes électriques (Gas Insulated Substation) et appareillage électrique à haute tension pour sa forte rigidité diélectrique et sa bonne stabilité à l'arc électrique ;• dans les accélérateurs de particules : pour les mêmes raisons ;
• dans des applications médicales : par exemple pour la désinfection des matériels respiratoires contre les microbes aérobies ;
• dans la semelle de certaines chaussures de sport jusqu’aux années 2000 (avant d’être remplacé par de l’azote, à cause de son caractère de gaz à effet de serre);
• dans certains tours de magie : à cause de sa très forte densité (de même que l’hélium pour la raison inverse) ;
• dans des spectacles : inspiré, il rend la voix plus grave (à cause de sa forte densité qui modifie la vitesse de propagation des ondes sonores dans l’espace vibratoire des cordes vocales) à l’inverse de l’hélium ; cette pratique est cependant déconseillée à cause des risques élevés de suffocation ;
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l'intérêt pédagogique du SF6 est d'avoir des caractéristiques physiques permettant une mise en évidence du point critique « relativement » aisément. Tc vaut en effet environ 45 °C sous une pression de 37,6 bar. L'expérience permet de faire « le tour » du point critique en observant le phénomène d'opalescence critique.Application médicale
L'hexafluorure de soufre est le gaz utilisé dans la fabrication des microbulles de Sonovue (laboratoire Bracco). Ces microbulles servent d'agent de contraste lors d'échographie cardiaque et vasculaire.
Ce gaz est aussi couramment utilisé en ophtalmologie dans le tamponnement des décollements de rétine et des trous maculaires.
Danger en cas d’exposition à une concentration élevée et prolongée
Ce gaz n'est pas toxique, mais néanmoins il est suffocant à haute concentration (au même titre que d’autres gaz inertes tels que l’hélium, l’argon, ou l’azote). La ventilation du local dans lequel il est employé suffit normalement à réduire les risques de suffocation.
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Applications électriques
Ce gaz est un excellent isolant électrique. L'hexafluorure de soufre remplit les critères
nécessaires à l'isolation électrique : il a une excellente rigidité électrique, 2,5 fois supérieure à celle de l’air, est très électronégatif et a une bonne capacité de transfert thermique. Il est également stable chimiquement : inerte, non initiable, non inflammable et non toxique. Le seul danger pour la santé est le risque de suffocation. Sa température de décomposition est de 600 °C. Sa plage de température d'utilisation pour les appareils électriques va de −30 à 40 °C.
Sa bonne rigidité diélectrique provient du fait que le SF6 est très électronégatif : il absorbe les électrons qui ne peuvent ainsi pas ioniser le gaz et ne peuvent pas mener à une décharge électrique. Le SF6 a par ailleurs une propriété remarquable pour l'extinction des arcs
électriques : il se décompose sous l'effet de l'arc et se recompose extrêmement rapidement, permettant au gaz de retrouver sa rigidité diélectrique. Cette propriété le rend tout
particulièrement adapté pour la réalisation de disjoncteurs haute tension en courant alternatif.
Ses capacités d'isolation se régénèrent après un arc électrique.
80 % du SF6 produit dans le monde est utilisé dans les disjoncteurs à haute tension et dans les postes électriques sous enveloppe métallique.
Plus généralement, il est utilisé dans les matériels des postes électriques.
En 2002, dans l’Europe des 15, le SF6 utilisé dans l’appareillage électrique n’a représenté que 0,05 % des émissions de gaz à effet de serre. Entre 1995 et 2005, les émissions de SF6 de l’industrie électrique ont diminué de 40 %. La particularité de l’industrie électrique est de recycler en grande partie l’hexafluorure de soufre utilisé : les appareils en fin de vie sont vidés de leur gaz, et ce gaz après traitement est utilisé pour remplir de nouveaux appareils.
Aspects environnementaux
Le SF6 est l'un des six types de gaz à effet de serre visés par le protocole de Kyoto ainsi que dans la directive 2003/87/CE. Son potentiel de réchauffement global (PRG) est 22 800 fois supérieur à celui du CO2, ce qui en fait potentiellement le plus puissant gaz à effet de serre sur Terre. Cela signifie que chaque kilogramme de SF6 émis dans l’atmosphère a le même impact sur l’effet de serre global à long terme que 22 800 kg de CO2. Sa contribution à l’effet de serre global est cependant inférieure à 0,3 % en raison de sa faible concentration par rapport au CO2. Enfin, une diminution des émissions de SF6 a été observée de 1990 à 2004 (-40 % au Canada et -34 % en France), mais il faut néanmoins tenir compte du fait que sa durée de vie dans l'atmosphère est élevée : 3 200 ans.
Par ailleurs s'il n'est en lui-même pas toxique, les produits issus de sa décomposition, causée par les effets corona et arcs électriques, en l'occurrence le S2O2F10 et le HF, le sont en plus d'être très corrosifs.
Alternative pour le matériel électrique
Un mélange de SF6 et de diazote dans les proportions 20 %/80 % a une rigidité électrique égale à environ 70 % celle du SF6 seul. Il représente donc une solution pour remplacer le SF6 pur. Par contre, un gaz de substitution ayant les mêmes propriétés n'a pas encore été trouvé.
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