Solubilité des gaz dans l'eau
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Solubilité des gaz dans l'eau

La connaissance de la solubilité des gaz dans l'eau et leur répartition entre les phase liquides et vapeur est importante pour le dimensionnement de procédés ou pour des études géophysiques ou environnementales.
Les données de solubilité à température ambiante sont abondantes. Elles sont beaucoup plus rares à températures élevées. Elles sont pourtant nécessaires pour le dimensionnement de procédés de dégazage d'eau de chaudière ou les applications géothermiques.

Coefficient de Henry

Le paramètre fondamental décrivant la solubilité des gaz dans les liquides est la constante de Henry.
Les valeurs pour de nombreuses substances et solvants sont publiées dans la littérature. Elle est souvent notée Hσ ou kHσ.

Attention! deux définitions co-existent:

Hσ = Pσ / Xσ  ou bien  Hσ = Xσ / Pσ

avec:
Hσ: coefficient de Henry
Pσ: pression partielle du soluté dans le gaz
Xσ: fraction molaire du soluté dans le liquide

Vérifier l'unité utilisée pour déterminer à quelle définition elle se rapporte.

Graphique donnant le coefficient de Henry de certains gaz dans l'eau en fonction de la températureLa "constante" de Henry varie avec la température; c'est pourquoi certains préfèrent parler de "coefficient" de Henry.

Une synthèse des données expérimentales disponibles a été publiée en 2003 par R. Fernandez-Prini, J. L. Alvarez et Allan H. Harvey.

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Paramètres de la régression:

A B C Tmin
K
Tmax
K
He -3,53 7,13 4,48 273 553
Ne -3,18 5,31 5,44 273 543
Ar -8,41 4,30 10,53 273 568
Kr -8,97 3,62 11,30 273 526
Xe -14,22 4,00 15,61 273 57
H2 -4,73 6,09 6,06 273 636
N2 -9,68 4,72 11,71 278 636
O2 -9,45 4,44 11,42 274 616
CO -10,53 5,13 12,01 278 589
CO2 -8,55 4,01 9,52 274 643
H2S -4,51 5,24 4,42 273 533
CH4 -10,45 4,66 12,13 275 633
C2H6 -19,68 4,51 20,63 275 473
SF6 -16,56 2,15 20,35 283 506
avec:
Hσ: coefficient de Henry de la substance
Pv: pression de vapeur saturante de l'eau
TR: T/Tc
T: température de travail
Tc: température critique de l'eau (647,1K)


Solubilité de l'air

La solubilité d'une substance  gazeuse est proportionnelle à sa pression partielle dans le gaz. L'air ne contient qu'environ 20% en volume d'oxygène. A pression totale identique, l'oxygène pur est donc cinq fois plus soluble que l'oxygène de l'air.
Graphique donnant la solubilité de l'azote de l'air dans l'eau pour différentes températures et pressionsGraphique donnant la solubilté de l'oxygène de l'air dans l'eau à différentes pressions et températures


A la température d'ébullition du solvant, sa pression partielle dans la phase gazeuse est égale à la pression totale. La pression partielle du gaz dissous est donc nulle. A l'équilibre, sa concentration dans la phase liquide est donc nulle.

Sources

R Fernandez-Prini, J L. Alvarez, Allan H. Harvey;  J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 32, No. 2, 2003

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