La locomotive à vapeur, généralement reléguée aujourd'hui à des balades touristiques, est le symbole des usages de la vapeur dans l’industrie. © skeeze, Pixabay, CC0 Creative Commons

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À quoi sert la vapeur dans l’industrie ?

Question/RéponseClassé sous :physique , vapeur d'eau , applications industrielles

Cuisson des aliments, repassage, nettoyage. La vapeur est présente dans notre quotidien. Mais elle intéresse aussi beaucoup les industriels. Et voici quelques exemples de l'usage qu'ils peuvent en faire.

Rappelons que ce qu'est la vapeur d’eau qui n'est autre que de l'eau dans son état gazeux. C'est dès l'Antiquité que les Hommes cherchent à exploiter les propriétés de ce « gaz du quotidien » pour d'autres fins. Mais ce n'est qu'au XVIIe siècle qu'ils entreprennent véritablement de dompter la puissance de la vapeur pour rendre certains de leurs travaux, l'exploitation minière par exemple, moins pénibles. Rapidement, la machine à vapeur occupe alors une part importante dans la Révolution industrielle.

Car, dans une chaudière industrielle, lorsque l'eau devient vapeur, elle emmagasine une quantité importante d'énergie, sous la forme d'une chaleur sensible correspondant à l'énergie de l'eau portée à sa température de saturation. Mais surtout, sous la forme d'une chaleur latente correspondant à l'énergie de vaporisation. Dans des proportions qui varient avec la pression de 15/85 % à pression atmosphérique à 28/72 % sous 10 bars. Puis, la vapeur peut transporter cette énergie jusqu'aux postes de consommation dans lesquelles elle se condense et cède ainsi notamment sa chaleur latente.

Ici, une chaudière à vapeur pour moteur stationnaire dans un musée du textile. © Stahlkocher, Wikipedia, CC by-SA 3.0

La vapeur pour chauffer

Les cuisiniers savent parfaitement qu'il est possible de faire cuire un aliment à la seule chaleur de la vapeur. De nombreuses industries comptent également sur la vapeur d'eau simplement comme source de chaleur : les raffineries, les usines de produits chimiques ou de transformation des aliments, etc. On parle de chauffage direct lorsque le procédé permet à la vapeur d'entrer en contact avec le produit (cuisson des aliments, vulcanisation, etc.). On parle, en revanche, de chauffage indirect lorsque le procédé prévient tout contact entre vapeur et produit (fabrication de pneus ou de médicaments, etc.). Une méthode appréciée, car elle permet un chauffage rapide et égal du produit.

La vapeur pour produire de l’énergie

La turbine à vapeur a d'abord été utilisée comme propulseur dans les bateaux ou les locomotives à vapeur. Aujourd'hui, elle est l'un des éléments clés des centrales électriques thermiques. L'énergie thermique transportée par la vapeur d'eau sous pression lance et entretient le mouvement de rotation du rotor de la turbine. Reliée à un générateur, elle permet de produire de l'électricité.

La vapeur pour craquer des molécules

Dans l'industrie pétrochimique, la vapeur d'eau est utilisée pour la mise en œuvre d'un procédé dit de vapocraquage. On introduit du naphta -- ou une autre charge telle que le gazole ou le butane -- dans une série de fours portés à quelque 700 à 850 °C. L'emploi de vapeur d'eau à hauteur de 30 à 100 % en poids permet de diluer les hydrocarbures et de limiter les réactions parasites susceptibles de conduire, après condensation, à la production de goudrons ou de coke. Résultat : les molécules d'hydrocarbure sont coupées en plusieurs molécules d'hydrogène, de méthane (CH4), mais surtout d'éthylène (C2H4) et de propylène (C3H6). Ces derniers, en effet, sont à la base de la fabrication des matières plastiques et ils apparaissent dans bien d'autres domaines tels que la cosmétique, le textile ou l'aéronautique.

Les industriels produisent également de l'hydrogène par un procédé qu'ils nomment le vaporeformage du gaz naturel. À une température comprise, entre 700 et 1.100 °C, méthane et vapeur d'eau réagissent pour donner hydrogène et monoxyde ou dioxyde de carbone. Le procédé est largement employé, car efficace et peu coûteux. Malheureusement, il émet beaucoup de CO2.

Ici, une turbine basse pression dans une centrale nucléaire. © Alexander Seetenky, CPI NalNpp, Wikipedia, CC by-sa 3.0

La vapeur pour humidifier ou hydrater

Des humidificateurs à vapeur peuvent être couplés aux systèmes de chauffage de certains bâtiments. Parfois, ceux-ci assèchent en effet l'air ambiant. Le niveau d'humidité peut donc être réajusté en injectant de la vapeur d'eau saturée dans le courant de l'air distribué dans les différentes pièces.

Dans l'industrie du papier, par exemple, la vapeur d'eau est utilisée pour hydrater le papier durant sa production afin d'éviter les micros déchirures.

La vapeur pour nettoyer

À la maison, un nettoyeur vapeur peut être utilisé pour le nettoyage de nombreuses surfaces, des sols en carrelage aux canapés en passant par les vitres ou encore la plaque de cuisson. Dans l'industrie, il existe des souffleurs de suie à vapeur. Ils sont utilisés pour nettoyer l'intérieur des chaudières à charbon. Une opération indispensable à un fonctionnement optimal.

La vapeur pour stériliser

S'éloignant un peu de l'industrie à proprement parler, la vapeur d'eau est également utilisée par les établissements de santé pour stériliser les dispositifs médicaux, pour peu que ceux-ci soient thermorésistants. Cette méthode est même considérée comme la plus sûre du marché. La pièce doit être placée dans une enceinte résistante à la pression. L'air contenu dans cette enceinte est remplacé par une vapeur d'eau saturée sous pression. L'opération se déroule en quelques minutes seulement et à des températures ne dépassant pas les 134 °C. Le tout grâce à l'humidité véhiculée par la vapeur qui aide la chaleur à pénétrer les micro-organismes afin de les éliminer.

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