Dans le secteur de la cryogénie, de la recherche scientifique ou de l’aérospatial, la mesure de température entre -253°C et -50°C impose des contraintes physiques extrêmes. À ces niveaux de froid, les matériaux se rétractent, les propriétés électriques changent et la sécurité devient une priorité absolue. Pour les bureaux d’études, choisir la bonne technologie n’est pas seulement une question de précision, c’est une question de fiabilité structurelle.
1. Technologies de mesure : rtd vs thermocouples
À très basse température, deux technologies dominent le marché :
- Les sondes RTD (Pt100 / Pt1000) : ce sont les plus courantes jusqu’à -200°C. Elles offrent une excellente linéarité et une précision métrologique supérieure. Cependant, pour descendre vers les -253°C, des sondes spécifiques « cryogéniques » sont nécessaires pour éviter les ruptures mécaniques dues à la contraction thermique.
- Les thermocouples (type T ou E) : le Type T (Cuivre-Constantan) est particulièrement prisé en cryogénie pour sa bonne stabilité et sa résistance aux environnements humides ou oxydants à basse température.
2. Intégration : doigt de gant ou capteur de peau ?
Le choix du montage est crucial pour minimiser l’erreur de transfert thermique.
Le doigt de gant (thermowell)
C’est la solution pour les process sous pression ou circulant dans des tuyauteries (azote liquide, GNL).
- Avantages : permet le remplacement du capteur sans vidanger le circuit.
- Point de vigilance : la conception doit minimiser la masse thermique. L’acier inoxydable 316L est privilégié pour sa résilience à froid.
Le capteur de peau (surface)
Utilisé lorsque l’on ne peut pas percer la canalisation ou pour monitorer des réservoirs.
- Mise en œuvre : le capteur est plaqué contre la paroi via un bloc de cuivre ou une pastille à souder.
- Optimisation : une isolation thermique externe rigoureuse est indispensable pour éviter que le capteur ne mesure la température ambiante plutôt que celle du fluide.
3. Sécurité en zones sensibles : la certification atex
La manipulation de gaz liquéfiés (hydrogène, méthane) implique souvent des atmosphères explosibles. Les capteurs de température RTD destinés à ces environnements doivent répondre aux exigences de la directive ATEX 2014/34/UE.
Pourquoi l’atex est spécifique aux rtd ?
Bien qu’une sonde RTD soit un composant « passif », elle peut devenir une source d’inflammation en cas de court-circuit. Pour les bureaux d’études, deux modes de protection sont privilégiés :
- Sécurité intrinsèque (Ex i) : le capteur est relié à une barrière Zener qui limite l’énergie dans la zone dangereuse.
- Enveloppe antidéflagrante (Ex d) : la tête de raccordement est conçue pour contenir une éventuelle explosion interne.
Note technique : pour les applications à -253°C, il est impératif de vérifier que les presse-étoupes et joints sont certifiés pour des températures ambiantes très basses afin de garantir l’étanchéité.
4. Les défis du -253°c et applications industrielles
À la température de l’hydrogène liquide, le comportement des métaux change. Les câbles de raccordement doivent être dotés de gaines en Téflon (PTFE/FEP) ou en Kapton, capables de rester souples sans se fissurer.
La filière hydrogène vert (lh2)
L’hydrogène liquide est au cœur de la transition énergétique. Dans les stations-service ou les réservoirs de transport, des sondes RTD multi-points sont installées pour surveiller la stratification du gaz liquide.
La chaîne de valeur du gnl (gaz naturel liquéfié)
Le GNL est transporté à environ -162°C. Sur les terminaux méthaniers, on utilise des doigts de gant à haute résistance pour le comptage transactionnel, où une erreur de 0,5°C impacte lourdement la valeur énergétique livrée.
L’industrie aérospatiale et médicale
Qu’il s’agisse de la propulsion cryogénique (oxygène liquide à -183°C) ou du refroidissement des aimants d’IRM, la précision est vitale. Les capteurs dans l’industrie aéronautique doivent souvent résister à des vibrations extrêmes en plus du froid intense.
La mesure de température cryogénique ne laisse aucune place à l’improvisation. Que ce soit par l’insertion d’un doigt de gant robuste ou par la pose d’un capteur de peau ultra-isolé, chaque composant doit être validé pour sa tenue mécanique et sa conformité ATEX.
