Produire du CO2 pour un caisson en plongée

[invited1d72aaf]

Bonsoir
J’ai besoin de faire plonger un caisson qui ne peut, pour des raisons mécaniques, être très solide, au fond de l’eau (50m). J’ai pensé à lui injecter au fur et à mesure de sa descente du CO2 (par une bombonne sous pression), le caisson étant équipé d’une soupape différentielle, il sera constamment en surpression de qq centaines de mBar par rapport à la pression de l’eau, cette dernière sera donc toujours presque égale à la pression du caisson.
Sauf que pour éviter d’utiliser une bouteille de CO2 sous pression, (contraintes mécaniques, bouteilles sous pression, tuyauteries, raccords etc...) J’ai pensé à le produire sur place lors de la descente du caisson, par la réaction HCl +craie.
Mon caisson fait un litre, donc à 50m de fond j’aurais besoin de 5litres de CO2. Mais évidemment, il faut optimiser le système de sorte à produire plus de CO2 (mieux vaut un excès de CO2 que pas assez).
J’aurais cependant aimé vérifier un petit calcul, partant de la réaction chimique calcaire + HCl, j’ai trouvé que pour produire 22.4litre de CO2 (1mole) il me faut 108g de CaCO3 et 1 litre de HCl 20%.
Or ceci est valable a pression atmosphérique, (1mole de CO2 fait 22.4l) qu’en est-il si la réaction se déroule alors que au fur et à mesure la pression augmente ??? Comment je peux savoir si 108 g de craie sont suffisent ?
J’ai pensé à utiliser de la craie car c’est bon marché et se présente sous forme de bâtonnets, c’est mieux que le bicarbonate de soude qui lui est sous forme de poudre, la réaction sera plus lente avec de la craie (faut bien laisser le temps au caisson de descendre a 50m).
Avez-vous une autre idée dans le même genre par exemple une réaction qui remplit le caisson avec de l’oxygène produit a partir de l’eau oxygène ou n’importe quel autre réaction chimique du moment qu’elle produit suffisamment de gaz a partir de produit bon marché et non dangereux. Mais surtout dont les volumes de départ ne sont pas important (le « réacteur » dans lequel aura lieux la réaction chimique ne doit pas faire plus de 1l de préférence.
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[inviteeb6310ba]

Bonjour,

Le problème des réactions qui forment des gaz c'est qu'elles sont largement dépendantes de la pression environnante. Dans ton exemple, tu parles de produire 22,4 L de CO2 dans un réacteur d'à peine 1 L. La pression qui y règnera sera donc de l'ordre de 20-25 bars. Je ne suis pas certain que la réaction HCl + craie fonctionne extrêmement bien à cette pression celle-ci dégageant du gaz.

Si on prend la loi des gaz parfaits comme approximation, avec 22,4 L de CO2 produits, à une température de l'ordre de 20°C (je ne sais pas à quelle température sera exactement ton environnement, mais sache que la réaction HCl + craie est exothermique), on obtient une pression de
P = nRT/V = 1*8,314*293/(10-3) = 24,4 bars environ, largement supérieur à ce que tu dois obtenir à 50 m de profondeur (!)

Il faudrait en réalité que tu détermines n pour avoir une pression d'environ 5 bars avec la relation du dessus. A priori, il te faudrait environ 5 fois moins, soit 0,2 mol. Mais là encore, aucune certitude quant à la possibilité physique de ce genre de réaction...

[invite0bbe92c0]

Bonsoir
J’ai besoin de faire plonger un caisson qui ne peut, pour des raisons mécaniques, être très solide, au fond de l’eau (50m). J’ai pensé à lui injecter au fur et à mesure de sa descente du CO2 (par une bombonne sous pression), le caisson étant équipé d’une soupape différentielle, il sera constamment en surpression de qq centaines de mBar par rapport à la pression de l’eau, cette dernière sera donc toujours presque égale à la pression du caisson.
Sauf que pour éviter d’utiliser une bouteille de CO2 sous pression, (contraintes mécaniques, bouteilles sous pression, tuyauteries, raccords etc...) .

Tout ça parait assez bizarre et capillotracté.

Pourquoi du CO2 et pas de l'air tout simplement ?

De plus considérer comme des contraintes délicates le fait d'emmener du gaz pour équilibrer la pression intérieure, et, de l'autre coté, envisager sans sourciller l''emport d'un réacteur chimique à la place (solution beaucoup plus compliquée en terme de régulation) parait complétement loufoque.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Oui, on a "inventé" les bouteilles de gaz pour éviter tous les problèmes que vous voulez redécouvrir ! Bon courage .
Les contraintes sont bien plus importantes avec votre usine à gaz qu'avec une bouteille ...
Pourquoi du CO2 ? Je prendrai de l'azote, gaz inerte , approvisionnement facile .

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Cet essai avec du CO2 n'aura qu'un seul effet. Celui de montrer que le CO2 est soluble dans l'eau, sous pression. Même si tu construis une véritable usine à gaz CO2, ton gaz se dissoudra immédiatement dans l'eau sous pression, et tu n'arriveras jamais à remplir un caisson avec.
Il faut utiliser un autre gaz, moins soluble dans l'eau, comme l'air ou l'azote, par exemple.

[invite0bbe92c0]

Pourquoi du CO2 ? Je prendrai de l'azote, gaz inerte , approvisionnement facile .

L'azote est de plus le moins cher des gaz sous pression (à part l'air).

[invite0bbe92c0]

Cet essai avec du CO2 n'aura qu'un seul effet. Celui de montrer que le CO2 est soluble dans l'eau, sous pression. Même si tu construis une véritable usine à gaz CO2, ton gaz se dissoudra immédiatement dans l'eau sous pression, et tu n'arriveras jamais à remplir un caisson avec.
Il faut utiliser un autre gaz, moins soluble dans l'eau, comme l'air ou l'azote, par exemple.

Ce qui est surtout délirant c'est d'utiliser un générateur de gaz plutôt que l'emport d'un gaz sous pression.
Mais à la base, le projet est fumeux, même avec emport de gaz; en effet, l'idée est de chercher un contournement à une résistance insuffisante d'un caisson plutôt qu'opter pour la solution évidente : choisir un caisson adapté.

[invite96a93ba8]

Loufoque, capillotrécté, délirant, projet fumeux ... j’espère qu’on vous a pas trop cassé les pieds ... même si vous n’êtes pas d’accord avec une idée, vous pouvez faire l effort de bien choisir vos termes et de bien argumenter, histoire de ne pas pomper tout espoir a quelqu’un qui viens vous demander de l’aide.
Quand on dit que le caisson, pour des raisons mécaniques, ne peut être construit de sorte à supporter 5bars c’est que nous avons de très bonnes raisons, le caisson inclut une vitre qui de un doit être peu épaisse (3 à 4mm) et de deux, cette vitre doit être assez large (21cm x 25cm) alors arrêtez de nous donner des pseudo solutions que nous n’avons même pas demandé.
Cette contrainte a fait l’objet d’un post sur ce même forum il y a quelques semaines déjà ...
Dois-je reprendre mon explication du pourquoi et du comment cette vitre ne peut être plus épaisse que 4mm et pourquoi elle doit être aussi vaste et pourquoi elle ne peut être « calée » en son centre etc ... ? Donc partant de là, il n’y a plus de solution autre qu’un système en équipression, pas moyen d’utiliser un liquide, reste les gaz, CO2, air, N2, peu importe .... Donc laissons tomber la mécanique et occupons-nous des gaz...
Ici (de l’autre côté de la méditerranée) il n’existe pas de bouteilles de gaz de petites tailles comme les cartouche de CO2 en vente chez vous, tout ce qu’on pouvait faire c’est de construire nous-même notre bouteille, et l’emmener chez un garagiste pour y injecter de l’air comprimé ou de l’azote, vous imaginez si jamais cette bouteille est mal construite, le dégât que ça va engendrer ? Verser de l’acide diluée sur des battons de craies sera de la rigolade à côté. C’est le manque de moyen qui pousse parfois l’esprit à chercher des idées qui semblent a priori compliquées. Si on a posé cette question, c’est que nous avons épuisé toutes les autres dont vous parlez, alors si vous avez une réponse sur les réactions chimiques et des arguments scientifiques pour expliquer que ça ne marche pas, ça sera mieux, c’est ce que a fait Sephiroth300 que je remercie.
La dissolution du CO2 est un problème certes, mais c’est pour cela qu’on a pensé à générer un volume nettement plus important que nécessaire, histoire de compenser la dissolution, la descente lente du caisson, etc ... plus le volume est important mieux c’est, l’excès sera de toute façon éliminé par la soupape. Maintenant quel sera le volume du CO2 dissous en comparaison avec celui produit a une pression qui monte progressivement de 1 à 5 bars, là ça aura été super intéressent de nous répondre sur la cinétique des réactions chimiques. Le système en lui-même n’est pas très compliqué à mettre en œuvre, mais on a pensé trouver un bout de réponse sur ce forum avant de commencer à bricoler quoi que ce soit, manifestement, on s’est trompé ... ou alors on aurait dus poser la question sans parler de l'usage comme ça, la discussion ne partira pas en vrille ...
Merci en tous cas pour l’intérêt que vous avez porté à notre demande

[invitef0ae73b0]

allez te laisse pas avoir Angellla par ce scepticisme "typiquement hexagonal.." et bon courage pour trouver une solution a ton projet.

[invite718cec2d]

Ton idée est intéressante, au moins d'un point de vue théorique
et pourquoi pas faire un double réservoir?
Un petit ou tu fait ta réaction dans le grand et les deux relier par un détendeur.
Tu obtiens comme ça un potentiel de pression dans le petit réservoir que tu peut libérer de façon régule dans le deuxième, et ce petit réservoir, tu n'as pas de contrainte dessus si ce n'est de résister a la pression qu'il te faut.
(désolé pour les accents manquant, j'écrit sur un clavier qwerty...)

[moco]

J'aimerais juste revenir sur une phrase de la contribution de Freesbeep, à savoir : CO₂, air, N₂, peu importe !

Désolé de te contredire ! On ne peut pas dire "peu importe". L'air et l'azote se dissolvent très peu dans l'eau, même sous pression. Tandis que le CO₂, lui s'y dissout très bien, tellement bien qu'on utilise cette propriété pour faire des eaux minérales gazeuses. Déjà sous 3 bars, on peut dissoudre dans 1 litre d'eau 3 litres de gaz CO₂. Sous 5 bars (donc à 50 mètres de profondeur), on peut dissoudre 5 litres de CO₂ dans un litre d'eau, donc 10 litres CO₂ dans 2 litres d'eau, et 5000 litres de gaz, si ton volume d'eau est de 1 mètre cube. Est-ce que ta piscine a un volume de 1 m³ ? Si elle contient 2 mètres cube, il faudra 10'000 litres de gaz. Etc. Donc quelle que soit la manière avec laquelle tu introduis du CO₂ dans ton caisson, il se dissoudra dans l'eau, etil ne formera pas de zone avec du gaz dans un caisson. Tout le CO₂ va se dissoudre.

Tandis que si tu introduis de l'air ou de l'azote, cela ira beaucoup mieux !

[invite96a93ba8]

J'ai l'impression que l'idée n'est pas bien expliquée.
D'après le calcul du 1er message, on va utiliser un litre d'eau (20% HCl) c'est ce 1l qui risque de dissoudre une partie du CO2 generé, le CO2 ne va pas entrer en contact avec l'eau a l’extérieur du caisson (c'est en pleine mer).
D'après le calcul du 1er message, pour dissoudre une mole de CaCO3 (108 grammes) il faut 1l de HCl 20% (puisque la solution du commerce est 14M).
La réaction va générer 22.4l de CO2
a 5 bars, 5 l de CO2 rempliront le caisson (gaz), 5 autre litres seront dissoutes dans le 1l d'eau utilisée pour la réaction, le reste c'est de la marge que va s’échapper du caisson par la soupape.
Voilà pour la théorie
Maintenant il s'agit d’améliorer le rendement de l'usine a gaz (qui n'est rien d'autre qu'une bouteille remplie par un 1l de HCl avec de la craie suspendue en haut, il suffit de retourner la bouteille juste avant la plongée du caisson). Pour diminuer le volume du CO2 perdu, on prend 0.5l de HCl plus concentré au lieu de 1l, on gagne 2.5l a 5 bars.
On sait également que le CO2 a beaucoup plus de mal et se dissoudre dans une eau salée, pourquoi ne pas dissoudre du sel dans la solution HCl20%, c'est possible ?

Voilà pour le CO2, mais comme dit dans le 1er message, un générateur d'O2, de N2, ou autre est le bienvenu, la réaction a juste besoin d'être assez rapide tout de même avec une quantité de départ des réactifs assez proche du calcul avec le HCl et CaCO3 (on ne vas pas par exemple faire plonger un bidon de 10l d'eau oxygénée)

[Sethy]

Par un mécanisme appelé "effet d'ions communs" le NaCl est peu soluble dans les solutions d'HCl. Je pense aussi que le CO2 sera un peu moins soluble dans de l'HCl que dans l'eau pure, mais je n'ai aucune idée de l'ordre de grandeur de l'effet.

Il y a un autre problème qui a été évoqué par Sephiroth, c'est que les équilibres chimiques peuvent dépendre des conditions ambiantes.

Lors de la réaction (même à l'air libre) entre HCl et Na2CO3, une partie de l'énergie potentiellement récupérable va servir à "pousser" l'air ambiant qui exerce une pression d'environ 1 kg/cm2. Multiplier cette pression par 5 influera sur la faisabilité de la réaction, mais encore une fois, je n'ai pas d'idée de l'ordre de grandeur de cette influence.

Par contre, cela pourrait servir de méthode d'étalonnage. Il suffirait de mesurer la pression maximale dégagée par un mélange de Na2CO3 et d'HCl, ce qui peut se faire même hors de l'eau. Si cette pression dépasse les 5 Bar, vous tenez votre solution, si au contraire la réaction ne permet pas d'atteindre cette pression (en prenant évidemment une bonne marge de sécurité disons 7 bars) alors vous devez trouver autre chose !

Il faudrait idéalement suivre la courbe de montée en pression, ce qui vous donnera une idée de la vitesse de descente, afin de ne pas descendre trop rapidement, ni trop lentement.

[Sethy]

Les comprimés effervescent, utilisent un acide solide à température ambiante. Imaginons que ce soit de l'acide citrique. Si vous mélangez intimement ce solide en l'absence d'eau à du carbonate, vous obtiendrez une poudre. L'ajout d'eau initiera la réaction.

C'est évidemment encore plus difficilement contrôlable que l'ajout d'acide, mais le volume d'eau nécessaire devrait être bien moins important.

[invite0bbe92c0]

Loufoque, capillotrécté, délirant, projet fumeux ... j’espère qu’on vous a pas trop cassé les pieds ... même si vous n’êtes pas d’accord avec une idée, vous pouvez faire l effort de bien choisir vos termes et de bien argumenter, histoire de ne pas pomper tout espoir a quelqu’un qui viens vous demander de l’aide.

Visiblement vous ne choisissez pas les votres et on ne voit pas trop bien pourquoi vous venez ouvrir votre clapet ici. Vous n'êtes pas le posteur initial,ou dans le cas contraire, vous vous emmélez entre des pseudos multiples.

Quand on dit que le caisson, pour des raisons mécaniques, ne peut être construit de sorte à supporter 5bars c’est que nous avons de très bonnes raisons, le caisson inclut une vitre qui de un doit être peu épaisse (3 à 4mm) et de deux, cette vitre doit être assez large (21cm x 25cm) alors arrêtez de nous donner des pseudo solutions que nous n’avons même pas demandé.

Nous ? tiens donc ....

Cette contrainte a fait l’objet d’un post sur ce même forum il y a quelques semaines déjà ...

Visiblement vous vous prenez pour le centre du monde, car tout le monde ne suit pas tous les postes qui se suivent sur plusieurs semaines sur le forum.

Dois-je reprendre mon explication du pourquoi et du comment cette vitre ne peut être plus épaisse que 4mm et pourquoi elle doit être aussi vaste et pourquoi elle ne peut être « calée » en son centre etc ... ? Donc partant de là, il n’y a plus de solution autre qu’un système en équipression, pas moyen d’utiliser un liquide, reste les gaz, CO2, air, N2, peu importe .... Donc laissons tomber la mécanique et occupons-nous des gaz...

Votre arrogance vous aveugle tellement qu'elle vous empêche sans doute de nous rappeler le fil où les mystérieuses raisons qui pourraient empécher un caisson d'avoir une vitre frontale de plus de 5mm sont exposées.

Ici (de l’autre côté de la méditerranée)

Par rapport à l'est ou a l'ouest ? (le manque de précision semble confirmer mon idée initiale ; vous vous prenez pour le nombril du monde).

il n’existe pas de bouteilles de gaz de petites tailles comme les cartouche de CO2 en vente chez vous

Encore une fois personne ne conseillait le CO2 mais dans votre suffisance, ça vous a visiblement échappé. Je ne pense pas qu'il existe un coté de la méditerranée où on ne trouve pas de bouteille d'air comprimé (pour en avoir utilisées au nord, à l'est, à l'ouest et au sud, j'en ai toujours vu).

[invite96a93ba8]

En effet l'autre solution est d'ajouter de l'eau a un mélange carbonates/acide tartrique, mais pourquoi dis tu que ça nécessite moins d'eau ? remarque celà m'arrangerais évidemment.
On va faire quelques essais en surveillant la montée de la pression

[Sethy]

Entre apporter 80% d'eau dans une solution d'HCl d'une part, et "quelques" gouttes d'autre part ...

[mach3]

il faut 1l de HCl 20% (puisque la solution du commerce est 14M).

ça c'est impossible vu que l'acide chlorhydrique le plus concentré possible, à 37%, est à 12,5M. Revoyez votre calcul, de l'acide chlorhydrique à 20% ne peut pas être à 14M (ce serait plus de l'ordre de 6M).

En effet l'autre solution est d'ajouter de l'eau a un mélange carbonates/acide tartrique, mais pourquoi dis tu que ça nécessite moins d'eau ? remarque celà m'arrangerais évidemment.

l'eau n'a qu'un rôle catalytique dans une réaction entre acide solide et base solide. D'autant plus qu'ici, le carbonate va générer de l'eau au fur et à mesure qu'il est attaqué. En gros il y a juste à ajuster la quantité d'eau pour avoir la cinétique désirée (la forme du mélange solide aura aussi son importance, granulométrie, compacité, etc).
Il y a une blague potache bien connue, prendre un tube de cachets effervescents avec un seul cachet restant, mettre une goutte d'eau sur le cacher et refermer le tube : le bouchon va sauter sans prévenir n'importe quand sous l'effet de la pression, de quoi faire sursauter. On peut refermer le tube à nouveau et attendre que le bouchon saute à nouveau un grand nombre de fois, jusqu'à ce que le comprimé ait entièrement réagi. Rien de tel pour perturber une réunion ou un séminaire ennuyeux

Par contre, cela pourrait servir de méthode d'étalonnage. Il suffirait de mesurer la pression maximale dégagée par un mélange de Na2CO3 et d'HCl, ce qui peut se faire même hors de l'eau. Si cette pression dépasse les 5 Bar, vous tenez votre solution, si au contraire la réaction ne permet pas d'atteindre cette pression (en prenant évidemment une bonne marge de sécurité disons 7 bars) alors vous devez trouver autre chose !

très bonne idée, par contre il faut disposer d'une enceinte qui tienne les 5 bars.

m@ch3

[Sethy]

Il y a une blague potache bien connue, prendre un tube de cachets effervescents avec un seul cachet restant, mettre une goutte d'eau sur le cacher et refermer le tube : le bouchon va sauter sans prévenir n'importe quand sous l'effet de la pression, de quoi faire sursauter. On peut refermer le tube à nouveau et attendre que le bouchon saute à nouveau un grand nombre de fois, jusqu'à ce que le comprimé ait entièrement réagi. Rien de tel pour perturber une réunion ou un séminaire ennuyeux
m@ch3

Ca sent le vécu, je re-re-re-regarderais bien le film "Le Pion", tiens.

[invite96a93ba8]

je me suis trompé le 14M c'est le HNO3, HCl c'est 12M; mais ça ne change pas grand chose. (densité = 1.2 de mémoire).

20% dont je parle c'est la dilution de l'acide, ce n'est pas le pourcentage massique du HCl (valeur inscrite sur la bouteille).

En gros, je prépare une solution diluée de 5 fois soit 2.4M soit pour un litre j'apporte 2.4mole de H+, la reaction se fait mole a mole donc pour produire 22.4l de gaz, on aura besoin de 0.5l (ou 1l pour un acide dilué 10X)

Mais passons, quelqu'un pourrait me donner la réaction acide tartrique / carbonates ?
Le volume d'eau a apporter ne peux tout de même pas être limité a quelques gouttes, car ces dernières seront vite saturées en concentration non ? enfin il suffit de verser une goutte d'eau sur un cachet de vitamine C, pourvoir que ça réagit au début, mais que ça s’arrête très vite.

[mach3]

l'acide se dissout et se dissocie (au moins partiellement) dans l'eau, formant des H+. On a alors la réaction :



l'équilibre se déplace constamment vers la droite, la consommation de protons permettant la dissolution continue de l'acide (si ça sature ce sera en sel de cet acide, pas en acide libre qui pourra continuer à se dissoudre). La réaction ne s'arrête que si il n'y a plus d'acide solide à dissoudre ou si la tension de vapeur de CO2 atteint une valeur d'équilibre. C'est justement cette valeur d'équilibre qu'il faudrait connaitre pour savoir si on peut obtenir 5 bars.

enfin il suffit de verser une goutte d'eau sur un cachet de vitamine C, pourvoir que ça réagit au début, mais que ça s’arrête très vite.

Si il fait trop chaud et/ou sec l'eau s'évapore et la réaction s'arrête faute de sa présence pour dissocier l'acide et produire des protons. Autrement peut-être que vos cachets sont frelatés.

la reaction se fait mole a mole donc pour produire 22.4l de gaz

22,4 c'est à 0°C et 1 bar, ce ne sont pas les conditions de votre expérience. Vous produisez une mole de gaz, c'est tout, cette mole plus l'air déjà présent occuperons le volume du caisson et en faisant des hypothèses sur la température on connaitra la pression.

m@ch3