Broyage à l'azote liquide

Bonbonne de stockage de l'azote liquide. Une soupape de sûreté évite les risques de projection dus à l'évaporation.

L'azote liquide est le gaz diazote refroidi en dessous de son point d'ébullition à 77,36 K (-195,79 °C). Il a l'apparence d'un liquide limpide, d'où s'échappent des « vapeurs » blanches.

L'azote liquide, condensé pour la première fois en 1883 par les scientifiques polonais Karol Olszewski et Zygmunt Wróblewski à l'université de Cracovie (Uniwersytet Jagielloński), est un liquide cryogénique très courant, tant dans le domaine de la recherche scientifique que dans l'industrie, en particulier en raison de son faible coût (de l'ordre de cinq centimes d'euros par litre^[1], soit environ cinquante fois moins que l'hélium liquide).

Il est utilisé par exemple en sciences biologiques pour stocker ou pour broyer du matériel biologique à une température très froide où l'action des enzymes est fortement inhibée.

On le stocke dans des bonbonnes isothermes réservées à cet usage. Le vase de Dewar est communément utilisé dans les laboratoires pour stocker l'azote liquide. L'excellente isolation du vase de Dewar se traduit par une très lente « ébullition » et l'azote liquide est ainsi longtemps conservé, ce qui évite un coûteux équipement de réfrigération.

En laboratoire de biologie

On utilise l'azote liquide dans le domaine médical pour le traitement de verrues, de tumeurs (cancer de la peau), la conservation de tissus, d'ovules, d'embryons, de sperme ou de moëlle osseuse. Chaque type de cellules doit être congelé avec une vitesse de refroidissement particulière. C'est pourquoi les chercheurs ne sont pas encore parvenus à congeler des organes entiers, constitués de multiples tissus cellulaires, sans les détruire.

Broyage à l'azote liquide

La très basse température de l'azote liquide empêche le fonctionnement des enzymes susceptibles de dégrader l'ADN, l'ARN ou les protéines que l'on désire extraire, jusqu'à ce qu'on soit en mesure de mettre des inhibiteurs de ces enzymes au cœur des cellules, dans la poudre obtenue après broyage.

• On peut soutirer une fraction de la bonbonne à azote liquide dans un récipient en polystyrène expansé. Ce matériau est un bon isolant thermique, ce qui évite que l'azote ne s'évapore trop vite.
• On utilise un mortier et pilon en porcelaine, qui sont capables de supporter les basses températures. On peut utiliser une louche métallique pour soutirer de l'azote et le mettre dans le mortier.
• Lors du broyage, l'azote s'évapore et on peut recueillir l'échantillon broyé au moment où tout l'azote s'est évaporé.

Pour les échantillons végétaux, on continue à broyer tant que l'on obtient pas une poudre vert-blanchâtre (au besoin on rajoute une petite quantité d'azote pour poursuivre le broyage).

Dans le domaine alimentaire

On utilise l'azote liquide pour une congélation rapide (surgélation) et la conservation d'aliments.

Préparation de crèmes glacées

Préparation de crème glacée

Des personnes, notamment Hervé This, ont proposé l'usage de l'azote liquide comme nouveau moyen de fabriquer des crèmes glacées.

Dans le domaine industriel

L'azote liquide est utilisé pour :

• le recyclage des métaux (distinction métaux ferreux et non ferreux) ;
• la réfrigération en électronique lors d'essais climatiques ou pour refroidir certains détecteurs (voir Analyse dispersive en énergie), ainsi que des instruments sensibles au bruit de fond dû à l'agitation thermique tels les caméras CCD des télescopes en astronomie ;
• la congélation des sols, pour la construction d'ouvrages de travaux publics.

Dans le domaine des transports

L'azote liquide est un rejet de la fabrication de l'oxygène liquide et est assez bon marché. Quelques chercheurs ont développé l'idée de l'utiliser comme source d'énergie pour mouvoir un véhicule par simple détente dans un cylindre^[2].

Dans le domaine informatique

L'azote liquide est également utilisé pour refroidir des processeurs de manière extrême afin de réaliser des records d'overclocking.

Usage comme insecticide

L'azote liquide peut aussi être utilisé comme insecticide contre les parasites rampants tels les blattes ou les cafards. La procédure est simple, mais son utilisation réclame d'infinies précautions. Le technicien perce des trous dans les cloisons des maisons infectées, puis y déverse l'azote liquide. L'azote s'évapore et refroidit considérablement l'atmosphère, réfrigérant sur place les insectes qui meurent instantanément. Cette procédure est rare, mais efficace ; elle est utilisée aux États Unis, notamment.

Précautions d'emploi

Il existe deux risques majeurs liés à l'emploi de l'azote liquide (ou à celui de l'hélium liquide, par exemple)^[3] :

1- Risque de brûlure par le froid, ou brûlure cryogénique.

• En laboratoire, il est recommandé de porter une blouse, un pantalon et des souliers fermés, pour limiter les conséquences du renversement des contenants sur les personnes. Éparpillé par terre, l'azote s'évapore rapidement. Il vaut mieux ne pas marcher dedans pour ne pas briser par le froid la semelle de ses chaussures.
• Il faut aussi porter un masque ou des lunettes de protection pour éviter les projections éventuelles dans les yeux.
• Il faut utiliser une pince et des gros gants isolants spécifiques « grand froid » pour manipuler les échantillons stockés dans un liquide cryogénique.

2- Risque d'anoxie : il faut s'assurer que la ventilation de l'espace dans lequel est stocké ou utilisé l'azote liquide soit suffisante car l'azote liquide, même dans une bonbonne isotherme, s'évapore et produit une grande quantité de gaz diazote qui est capable de diminuer la proportion d'oxygène dans l'air ambiant d'un espace confiné, d'où des risques d'asphyxie ou plutôt d'anoxie. Pour mieux comprendre les quantités de gaz mises en jeu, on peut préciser qu'1 L d'azote liquide libère, en s'évaporant à la pression atmosphérique et à 0 °C, 640 L d'azote gazeux ; à 15 °C, 1 L d'azote liquide libère 691 L d'azote gazeux. Un oxymètre, relié à une puissante alarme sonore et visuelle, doit être installé à proximité des lieux de stockage et de prélèvement.

En conséquence, il est obligatoire d'apposer sur les installations (bonbonnes, citernes...) et les locaux les pictogrammes relatifs à ces risques^[4].

Notes et références

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