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18
Ar
Argon

Le nom argon vient du grec ancien argós qui s’employait pour désigner quelque chose d’inactif, de paresseux.
Au 18ème siècle, les chimistes pensaient que l’air était composé de seulement deux éléments, l’azote et l’oxygène. Alors quand Henry Cavendish remarqua une différence de densité entre l’azote produit chimiquement et celui extrait de l’air après élimination de l’oxygène, il pensa qu’un autre élément était présent dans l’air. Il faudra cependant attendre 1894 pour qu’il soit découvert par Lord Rayleigh et Sir William Ramsay, physicien et chimiste anglais. Après avoir essayé en vain de faire réagir l’argon avec d’autres composés, ils ont nommé cet élément selon sa capacité à être inactif.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Symbole Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Rayon de Van der Waals
Ar 18 39,95 g.mol-1 [Ne] 3s2 3p6 190 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Température critique Pression critique Température point triple Pression point triple Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
à l’état gazeux : 1,784.10-3 g.cm-3 -189,2°C -185,7°C -122,46°C 4 863 kPa -189,34°C 68,7 kPa 16,48 W.m-1K-1
  • à 0°C : 5,6 cm3/100 g eau
  • à 50°C : 3 cm3/100 g eau

Données thermodynamiques

Argon gazeux :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 154,732 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1
Argon en solution aqueuse :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -12,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 16,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 59,4 J.K-1mol-1

Données industrielles

L’argon appartient à la famille des gaz rares qui comprend par ordre de teneur décroissante dans l’atmosphère : l’argon, le néon, l’hélium, le krypton, le xénon et le radon, ce dernier étant radioactif. Ils sont, sauf pour l’hélium et le radon, extraits de l’air. L’argon, avec une teneur dans l’atmosphère de 0,93 % en volume ou 1,29 % en masse, n’est pas rare.

Teneurs de la croûte terrestre et de l’atmosphère en divers gaz :

N2 O2 H2 Ar Ne He Kr Xe Rn
Teneur de la croûte terrestre, en ppm en masse 19

46.104

9.103

4.10-2

7.10-5

3.10-3

1,7.10-10

% en volume dans l’atmosphère terrestre 78,09 20,95 5,0.10-5 0,93 1,8.10-3 5,2.10-4 1,0.10-4 8,0.10-6 6,0.10-18

Fabrication industrielle

Une unité cryogénique de séparation des gaz de l’air produisant plus de 1 000 t/jour de O2, peut produire plus de 50 t/jour d’argon. Un mélange riche en argon (10 %), prélevé dans la colonne basse pression, est envoyé dans une colonne auxiliaire de 150 plateaux théoriques donnant de l’argon pur contenant 1 ppm de dioxygène (voir le chapitre dioxygène). Actuellement, près de 90 % de l’argon contenu dans l’air liquéfié est récupéré.

De l’argon peut être récupéré dans des unités de fabrication d’ammoniac et de gaz de synthèse destiné à la fabrication de méthanol. Par exemple, aux États-Unis, 3 unités de production d’ammoniac récupèrent de l’argon.

Production

La production mondiale, en 2017, est de 9 milliards de m3 avec environ 950 unités de séparation des gaz de l’air (222 aux États-Unis, 181 en Chine, 59 au Japon, 46 en Allemagne, 31 en Russie, 23 au Canada).

La production de l’Union européenne est, en 2019, de 1 085 millions de m3. Par pays :

en millions de m3
Allemagne 242 Italie 58
Pologne 211 République tchèque 42
Pays Bas, en 2018 124 Finlande 40
Espagne 77 Suède 36
Belgique 74 Autriche 27
Source : Eurostat

Les productions du Royaume-Uni et de la France sont confidentielles.

En Allemagne, en 2017, sur un total de 67 unités de séparations des gaz de l’air, 46 sont équipées pour recueillir l’argon sur 36 sites.

Commerce international : en 2019.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de m3
Allemagne 70 215 Koweït 16 685
Chine 49 674 Espagne 16 211
Canada 49 143 Serbie 9 111
Pays Bas 48 669 Royaume Uni 8 432
Belgique 47 003 Ukraine 7 653

Source ITC

Les exportations allemandes sont destinées à l’Italie à 31 %, la Pologne à 16 %, la France à 12 %, la République tchèque à 6 %.

Principaux pays importateurs :

en milliers de m3
Italie 30 238 Thaïlande 12 708
Indonésie 29 620 Émirats Arabes Unis 12 631
France 27 861 Hongrie 11 651
Allemagne 16 163 Arabie Saoudite 10 032
Taïwan 14 081 Russie 9 886

Source : ITC

Les importations italiennes proviennent d’Allemagne à 70 %, d’Autriche à 12 %, des Pays Bas à 9 %.

Situation française

En 2019 :

La production était de 59 millions de m3 en 2012, depuis elle est confidentielle.
En France, la première production industrielle d’argon date de 1914.

Commerce extérieur :

Les exportations étaient de 7,411 millions de m3 avec comme principaux marchés à :

  • 31 % l’Allemagne,
  • 24 % l’Espagne,
  • 14 % la Tunisie,
  • 10 % le Luxembourg.

Les importations s’élevaient à 27,292 millions de m3 en provenance principalement à :

  • 46 % de Belgique,
  • 30 % des Pays Bas,
  • 20 % d’Allemagne.

Utilisations

Consommations : en 2015.

en millions de m3
Chine 1 740 Europe de l’Est 355
Europe de l’Ouest 1 300 Japon 251
États-Unis, en 2016 810

Source : DERA

En 2017, la consommation allemande est de 180 millions de m3.

Secteurs d’utilisation : en 2015.

en %
Soudage Sidérurgie Électronique Éclairage
Chine 21 % 46 % 15 % 10 %
États-Unis 47 % 29 % 12 % 3 %
Japon 30 % 25 % 17 %

Source : DERA

Principalement comme gaz inerte.

  • Gaz de dilution dans l’élaboration de l’acier inoxydable selon le procédé AOD (Argon-Oxygène-Décarburation). La consommation est de 25 m3 de O2 et 20 m3 de Ar par tonne d’acier.
  • Atmosphère protectrice lors des traitements thermiques de métallurgie, lors du soudage des aciers inoxydables, de l’aluminium, du magnésium, du titane
  • Gaz de dégazage et de désulfuration des bains d’acier, en sidérurgie.
  • Gaz vecteur en chromatographie et pour le silane lors de l’élaboration de dépôts de silicium par croissance épitaxique.
  • Gaz de remplissage des lampes à incandescence, des tubes luminescents et fluorescents.
  • Un agent extincteur (Inergen®) à base de 52 % de N2, 40 % de Ar et 8 % de CO2 est utilisé, en remplacement des halons (1301 (CF3Br) et 1211 (CF2BrCl)) dont la production est interdite depuis fin 1993 par le protocole de Montréal. Ces halons étaient utilisés contre les incendies dans l’aviation (moteurs, postes de pilotage), les salles de machines électriques ou électroniques (ordinateurs). En remplacement de ces halons, l’heptafluoropropane (CF3CHFCF3 ou HFC 227) est également utilisé. Par exemple, le porte-avions Charles de Gaulle est protégé par 4,5 t de ce dernier produit.

Bibliographie

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