Généralités :
Appelé également anhydride carbonique, de formule CO₂ (masse molaire : 44.01 g/mol), le dioxyde de carbone est le résultat de la combinaison des deux éléments : carbone et oxygène.
Il est produit par différents processus : la combustion du charbon et des hydrocarbures, la fermentation des liquides et la respiration des humains et des animaux.
On le trouve en faible proportion dans l'atmosphère : 0,0375% en volume et en moyenne, soit 375 ppmv (parties par million en volume); il est assimilé par les plantes qui, à leur tour, produisent de l'oxygène.
Le CO2 gazeux a une odeur légèrement irritante, il est incolore et plus lourd que l'air.
En solution aqueuse, il forme de l'acide carbonique (trop instable pour pouvoir être isolé facilement).
C'est un gaz à effet de serre (voir le lien interne sur ce sujet).

Propriétés physiques.

• Phase gazeuse :
  • Masse volumique de la phase gazeuse (1.013 bar et 15 °C) : 1.87 kg/m3
    Nota : 1.977 kg/m3 au conditions NTP (température 0°C (273.15 K) et pression de 1 atm (définie comme étant de 101 325 Pa).
  • Masse volumique par rapport à l'air [m = 1] : 1.521 (à 1.013 bar et 21 °C),
    (donc plus "lourd" que l'air)
  • Facteur de compressibilité Z (1.013 bar et 15 °C) : 0.9942
  • Volume spécifique (1.013 bar et 21 °C) : 0.547 m3/kg
  • Chaleur spécifique à pression constante Cp (1.013 bar et 25 °C) : 0.037 kJ/(mole.K)
  • Chaleur spécifique à volume constant Cv (1.013 bar et 25 °C) : 0.028 kJ/(mole.K)
  • Conductivité thermique (1.013 bar et 0 °C) : 14.65 mW/(m.K)
  • Viscosité (1.013 bar et 0 °C) : 0.0001372 Poise
  • Congélation à -78.5°C (formation de neige carbonique).
    
•  Phase liquide :
  • Masse volumique de la phase liquide (à -20 °C et 19.7 bar) : 1032 kg/m3
  • Point d'ébullition (Sublimation) : -78.5 °C
  • Chaleur latente de vaporisation (1.013 bar au point d'ébullition) : 571.08 kJ/kg
  • Pression de vapeur (à 20 °C) : 58.5 bar (58 500 hPa)
  • Équivalent gaz/liquide (1.013 bar et 15 °C) : 845 vol gaz / vol liquide
    
    
    

• Phase solide :
  • Chaleur latente de fusion (1.013 bar, au point triple) : 196.104 kJ/kg
  • Masse volumique du solide : 1562 kg/m3
  • Enthalpie de dissolution dans l'eau en excès, à 25°C (298.15 K) : -19.4 en kJ.mol^-1
    
• Autres données :
  • Solubilité dans l'eau (1.013 bar et 0 °C) : 1.7163 vol gaz / vol eau
  • Concentration dans l'air : 0.03 % vol
  • Transitions de phase :
    
    
    
    
    • Point triple :
      • Température au point triple : -56.6 °C
      • Pression au point triple : 5.185 bar (5185 hPa ou 5.12 atm)
    • Point critique :
      • Température critique : 31 °C
      • Pression critique : 73.825 bar (73 825 hPa ou 72.86 atm)

Propriétés chimiques.
A température ordinaire, le dioxyde de carbone est un produit très stable et inerte.
Sa dissociation ne devient appréciable qu’entre 1000 et 2000 °C.
Le produit anhydre n’attaque pas les métaux et alliages usuels.
Humide, par contre, le dioxyde de carbone est corrosif. Seuls les aciers inoxydables (type 316, 309, 310), les Hastelloy® et le Monel® sont alors utilisables.
A haute température, le dioxyde de carbone est incompatible avec le molybdène, le tungstène, le fer, les aciers et alliages à base de nickel, qu’il oxyde.
A température ordinaire, le produit est compatible avec la plupart des élastomères et matières plastiques.

MODE D'APPROVISIONNEMENT :
Le dioxyde de carbone peut être distribué :

• en bouteille,
• dans des réservoirs de gaz liquéfié,
• sous forme solide (la glace "sèche" ou Carboglace),
  Nota : la glace carbonique se sublime en ne laissant aucun résidu, et produit rapidement une grande quantité de froid
  ( 150 fr/h/kg à -78,5°C ) - Rappel : 1 frigorie (fr) = -4,185.10⁶ joules, et exacte opposé de la thermie (th) ou Mcal.

Industries - Applications
Industrie chimique
Le dioxyde de carbone est utilisé en chimie de synthèse ou pour le contrôle de la température des réacteurs. Le CO2 est également mis en œuvre pour la neutralisation des effluents alcalins.
Il est utilisé sous des conditions supercritiques pour réaliser des purifications ou des opérations de teintures de fibres polymères ou végétales ou animales.
Industrie pharmaceutique
Le dioxyde de carbone est utilisé pour l'inertage, la synthèse chimique, l'extraction en phase supercritique (SFE), la neutralisation (pH) des effluents aqueux ou le transport de produits à basse température
(-78 °C or -108 °F).
Alimentaire et boissons
Le CO2 est utilisé dans le secteur alimentaire dans ces principaux domaines :

• La carbonatation des boissons gazeuses, comme les sodas, l'eau minérale ou la bière,
• Dans le conditionnement des denrées alimentaires, ses propriétés d' inertage et bactériostatiques se combinent bien avec celles de l'azote et augmentent la durée de vie des aliments,
• Comme fluide cryogénique dans les opérations de refroidissement ou de congélation ou comme glace carbonique pour la régulation des températures pendant la distribution des denrées alimentaires,
• La caféine est ôtée du café par du CO2 supercritique.

Santé
Le CO2 produit une atmosphère proches des conditions physiologiques lors de la manipulation d'organes artificiels.
Il est utilisé en mélange avec l'air ou l'oxygène pour doper la respiration.
Il sert aussi pour la dilatation chirurgicale par insufflation intra-abdominale.

Industrie des métaux
Le dioxyde de carbone est généralement utilisé pour la protection de l'environnement :

• le CO2 est employé pour supprimer les fumées rousses pendant le chargement des riblons et du charbon, pour la réduction de la prise d'azote durant la coulée à partir d'un EAF et pour brasser le mélange au niveau de la sole,
• Dans la métallurgie non ferreuse, le dioxyde de carbone sert à supprimer les fumées pendant le transfert de matte (production de Cu / Ni) ou des lingots de métal précieux (production de Zn / Pb) dans la poche de coulée,
• De petites quantités de CO2 liquide peuvent être utilisées dans les procédés de recyclage des eaux provenant des drains des mines,
• Les lasers CO2 sont alimentés par du gaz carbonique à pureté adaptée.

Laboratoires et analyses
Le CO2 est la phase mobile dans des procédés d'extraction ou de chromatographie en phase supercritique.
Pâtes et papiers
Le dioxyde de carbone de réguler finement le pH des pâtes recyclées, mécaniques ou chimiques après un blanchiment alcalin.
Il peut être également utilisé dans la neutralisation du "tall oil" et pour l'amélioration du fonctionnement des machines à papier.

Électronique
Le dioxyde de carbone est généralement employé dans le traitement des eaux usées ou en tant que milieu de refroidissement durant les essais climatiques des composants électroniques.
Il peut servir à augmenter la conductivité de l'eau ultra-pure ou pour le nettoyage abrasifs de pièces sous forme de neige carbonique et dans le procédé propre de nettoyage des résines photosensibles au CO2 supercritique afin d'éviter l'utilisation de solvants organiques.

Environnement L'injection de dioxyde de carbone permet de maîtriser le pH des effluents aqueux. Le CO2 est une excellente alternative au contrôle du pH par l'acide sulfurique.

Autres industries
Neige carbonique pour extincteurs.
Contrôle et régulation du pH des eaux usées, piscines, etc

Risques majeurs :

• Produit sous Haute pression; inhalation
• Toxicité (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : 5000 ppm
• Limites d'inflammabilité dans l'air (conditions normales TPN) : Ininflammable
• Odeur : Aucune
• Code UN : UN1013 (gaz); UN2187 (liquide réfrigéré); UN1845 (solide)
• EINECS Number : 204-696-9
• Code US pour le transport (DOT Label) : NFG
• Classe de risque USA (DOT Hazard class) : Gaz ininflammable

FICHE TOXICOLOGIQUE (INRS) : fichier pdf à télécharger éventuellement (71 ko).

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Sources d'une partie de ce document : >>> Air Liquide

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