Les réserves d'hélium diminuent - Les prix augmentent
L’hélium vient à manquer, et la demande mondiale dépasse les niveaux actuels de production. Cette pénurie mondiale entraîne une hausse significative des prix, tandis que le secteur de la santé est priorisé afin de rationner les ressources limitées.
Faits sur l'hélium
Les astronomes français et britannique Pierre Janssen et Norman Lockyer sont conjointement crédités de la découverte de l’hélium en 1868, après une analyse spectrale de la lumière solaire lors d’une éclipse. Le nom « hélium » vient du mot grec Hélios, qui signifie Soleil, car il a été détecté dans le spectre solaire avant même d’être identifié sur Terre.
C’est le deuxième élément le plus commun de l’univers (après l’hydrogène), représentant environ 24 % de sa masse. Ses propriétés sont :
- Inerte – ne réagit pas avec d’autres éléments
- Non toxique – peut être utilisé dans diverses applications humaines
- Plus léger que l'air – capacité de portance
- Point de fusion : -272 °C – liquide à des températures ultra-basses, permettant la supraconductivité
- Taille de molécule très faible – idéal pour détecter les plus petites fuites
À mesure que les réserves d'hélium diminuent, les coûts augmentent de manière constante et irréversible
L’hélium possède le point de fusion et d’ébullition le plus bas de tous les éléments chimiques, et l’hélium liquide est le seul liquide qui ne peut être solidifié par simple abaissement de température. Ces propriétés le rendent irremplaçable en cryogénie et essentiel pour des applications critiques telles que les IRM hospitaliers, les supraconducteurs et le collisionneur de hadrons en Suisse.
Autres applications clés : détection de fuites, soudage à l’arc, fabrication de wafers en silicium.
Les applications de laboratoire et de chromatographie sont moins prioritaires et de plus en plus affectées par le rationnement et l’augmentation des coûts.
Quel impact sur les coûts ?
À mesure que les réserves diminuent, les coûts augmentent, et la disponibilité pour des usages non prioritaires comme la chromatographie en phase gazeuse (GC) est réduite au profit d’applications vitales comme les IRM.
En 2020, le prix brut de l’hélium est d’environ 100 $/1000 pieds cubes contre 47 $ en 2000.
Alors, qu'est ce que cela signifie pour les laboratoires d'analyses utilisant de l'hélium de qualité GC ?
Un cylindre standard d’hélium de qualité GC coûte environ 450 € (530 $), hors frais de location et de livraison.
Avec le rationnement, il devient de plus en plus difficile de garantir des livraisons régulières, causant des perturbations dans les laboratoires.
Prix du gaz brut d’hélium (en $/30 000 mètres cubes, soit 1 million de pieds cubes) obtenus par le Bureau of Land Management des États-Unis entre 2016 et 2019 (source : Helium – Macro View Update, février 2019, Edison Investment Research).
Prévisions de l’offre et de la demande d’hélium pour la période 2020-2027 (U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, février 2019, données valides en 2018).
Alternatives viables
Les gaz les plus utilisés pour la chromatographie en phase gazeuse sont l’hélium, l’hydrogène et l’azote.
L’azote est le plus efficace, mais uniquement à des vitesses linéaires très faibles, ce qui le rend lent, surtout en utilisation avec programmation de température.
L’hélium est un bon compromis entre efficacité et vitesse.
L’hydrogène, dans le contexte actuel de pénurie et de coûts, devient une alternative crédible et pertinente.
L’hydrogène est-il une alternative adaptée ?
Les courbes de Van Deemter montrent que l’hydrogène et l’hélium ont des performances similaires à vitesses moyennes, avec un net avantage pour l’hydrogène à hautes vitesses.
Cela permet de réduire les temps d’analyse tout en préservant la qualité des échantillons.
De plus, l’hydrogène permet souvent d’utiliser des températures de four plus basses, prolongeant la durée de vie des colonnes.
Malgré des préoccupations de sécurité, l’hélium est resté le gaz porteur préféré depuis les années 1950, même si les instruments GC-FID utilisent déjà de l’hydrogène comme gaz de flamme.
L’hydrogène peut être utilisé comme remplaçant efficace dans la plupart des applications GC et GC/MS. Il a une large gamme d'applications, est efficace et sépare les composés plus rapidement que l'hélium.
Générateurs d'hydrogène VICI DBS - L'alternative sûre
Il existe une alternative qui permet à la fois de réaliser des économies et de se prémunir contre les perturbations futures liées à la pénurie d’hélium. Les générateurs d’hydrogène fabriqués par VICI DBS® offrent une alimentation en gaz vecteur pour la chromatographie en phase gazeuse (GC) sûre, économique et disponible 24h/24 et 7j/7.
Si les systèmes EPC, les filtres limitant le débit et les capteurs de température dans le four constituent des mesures de sécurité importantes, l’installation d’un générateur d’hydrogène permet un contrôle total de l’alimentation en gaz. Les générateurs VICI DBS ne produisent du gaz que lorsque cela est nécessaire. Grâce à un système de pression intelligent, ils surveillent précisément la demande et ajustent la production pour répondre exactement aux besoins, sans stockage interne ni externe.
Ces générateurs sont équipés de nombreux capteurs de débit et de pression à sécurité intégrée, répartis sur l’ensemble du circuit, pour détecter toute fuite ou surpression. Des alarmes de sécurité sont déclenchées en cas de fuite interne, de pression trop basse, de dépassement de durée, de surpression ou de conduit obstrué. En cas de fuite interne ou externe, le générateur s’arrête automatiquement.
En cas de coupure de courant, les générateurs VICI DBS cessent immédiatement de produire du gaz. Une fois le courant rétabli, ils peuvent être reprogrammés pour redémarrer soit automatiquement, soit manuellement.
Caractéristiques
- Production continue d’hydrogène
- Alimentation à la demande 24/7
- Compatible avec toutes les applications GC
- Surveillance via PC pour maintenance, diagnostics et connexion à distance
- Cellule 100 % titane brevetée
- Système unique de séchage par membrane de perméation
- Connectivité USB
- Garantie de 2 ans sur cellule et produit
- Conforme aux exigences des applications GC les plus exigeantes
Utiliser l'hydrogène ne compromet pas la sécurité
Le risque perçu lié à l’hydrogène vient de sa plage d’inflammabilité (4% à 75% en volume dans l’air).
Cependant, étant moins visqueux que l’hélium, il s’échappe plus rapidement : sauf en cas de libération massive, le risque d’atteindre la LIE (limite inférieure d’explosivité) est très faible. Il s’élève deux fois plus vite que l’hélium, à 20 m/s (45 mph).
Dans un laboratoire bien ventilé, atteindre les seuils explosifs est très peu probable.
Les systèmes GC et GC/MS sont-ils sûrs à utiliser avec de l’hydrogène comme gaz vecteur ?
La principale inquiétude liée à l’utilisation de l’hydrogène comme gaz porteur concerne une fuite dans le four du chromatographe, que ce soit à cause d’une colonne cassée ou d’un raccord défectueux. Les chromatographes GC sont conçus avec un système de contrôle électronique de la pression (EPC – Electronic Pressure Control) qui gère l’ensemble des flux de gaz. Ce système limite le débit total de gaz dans le four ; en cas de détection d’une pression trop basse, signe d’une fuite, l’alimentation en gaz est coupée et toutes les zones chauffées sont refroidies.
D’autres mesures de sécurité peuvent être mises en place, comme l’ajout d’un réducteur de débit (snubber), d’un filtre limitant le débit ou, mieux encore, d’un régulateur de débit sur la ligne d’alimentation en gaz porteur. En cas de fuite dans le four, le débit sera alors limité à celui strictement nécessaire à l’analyse chromatographique.
Avantages de l'hydrogène comme gaz vecteur
Les bénéfices de l’utilisation de l’hydrogène comme gaz porteur en chromatographie sont largement démontrés. L’hydrogène constitue une alternative sûre, économique et performante, avec plusieurs atouts :
- Réduction des coûts – Le prix de l’hélium ne cesse d’augmenter : environ 450 € par bouteille. Produire son propre hydrogène est une solution bien plus rentable, nécessitant peu de maintenance et des coûts de fonctionnement faibles.
- Disponibilité – Avec l’épuisement progressif des réserves d’hélium, les livraisons deviennent de plus en plus incertaines. Un générateur d’hydrogène VICI DBS permet de produire, sur site, de l’hydrogène ultra pur de manière autonome et fiable.
- Sécurité et praticité – L’hélium est uniquement disponible en bouteilles pressurisées, qui présentent des risques liés à leur manipulation et stockage. L’hydrogène ultra pur, quant à lui, peut être généré en continu et en toute sécurité sur site, 24h/24 et 7j/7.
- Durée des analyses chromatograohiques – Avec l’hydrogène comme gaz porteur, les chromatogrammes peuvent être obtenus bien plus rapidement qu’avec l’hélium. Cela permet d’augmenter le débit d’échantillons traités, tout en maintenant une excellente qualité d’analyse.
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