La glace carbonique, aussi appelée glace sèche ou carbo glace, est la forme solide du dioxyde de carbone (CO2). Sa fabrication repose un processus composé de 5 :
- la capture du CO2,
- sa purification,
- sa liquéfaction,
- son expansion
- sa compaction.
Capture et purification du CO2
Le dioxyde de carbone utilisé pour fabriquer la glace carbonique provient principalement de sources industrielles : fermentation dans des brasseries et des distilleries, raffineries ou encore les centrales thermiques.
Ce CO2 brut contient généralement des impuretés telles que de l’eau, de l’oxygène, de l’azote et des hydrocarbures. Il est donc indispensable de purifier le gaz avant de le transformer en glace sèche. Une première filtration permet de retirer les particules et fibres. Une deuxième filtration chimique à base de solution alcanes permet de continuer à épurer le CO2. Enfin, une étape de séparation cryogénique refroidit progressivement le dioxyde de carbone et d’isoler un CO2 sous une forme pure.
Compression et liquéfaction du CO2
Une fois purifié, le dioxyde de carbone est transformé en liquide. Il est comprimé à une pression d’environ 15 à 20 bars et ensuite refroidi via un échangeur thermique à une température comprise entre -20°C et -30°C. A ces températures, le CO2 devient liquide, puis il est stocké dans des cuves qui le maintienne à basse température, pour le stocker et le transporter plus facilement, évitant son évaporation.
Expansion et fabrication de la neige carbonique
La transformation du CO2 liquide en glace carbonique repose sur "le principe de l’expansion Joule-Thomson". Lorsque le CO2 liquide est libéré à température ambiante, il subit une détente rapide qui entraîne une évaporation partielle du gaz. Cette évaporation absorbe la chaleur ambiante, ce qui a pour effet d'abaisser la température du CO2 qui reste. Il se transforme en une poudre appelée neige carbonique. C’est à partir de cette neige que seront formés les différentes formes de glace sèche.
Pressage et compactage de la glace carbonique
La neige carbonique est compactée sous haute pression pouvant aller jusqu'à 150 bars, afin de former, au choix : des blocs solides, des plaques, des pellets, des sticks ou adaptés chacun à différents usages :
- Les blocs : ils sont privilégiés pour le transport de produits périssables en raison de leur faible sublimation du fait de leur masse.
- Les pellets de 3mm : ils sont souvent utilisés pour le nettoyage cryogénique et les animations évènementielles pour faire de la fumée lors de spectacles,
- Les sticks de 16mm : Ils sont prisés pour le transport et la conservation d'échantillons, de produits pharmaceutiques (vaccins, médicaments), produits biologiques (sang, organes), produits alimentaire
- Les micropellets : ils sont employés dans les industries pharmaceutiques et alimentaires des refroidissements ciblés.
5. Stockage et transport de la glace carbonique
Une fois formée, la glace carbonique doit être stockée dans des conditions particulières pour minimiser sa sublimation qui est de 15 à 20% par jour. Elle doit être conservée dans des conteneurs isothermes conçus pour ralentir son réchauffement, sans toutefois être hermétique pour limiter tout risque d'explosion. Il ne faut donc pas conserver la glace sèche dans des espaces confinés. Lors du transport, des précautions doivent être prises pour assurer une ventilation permanente et prévenir tout risque d’anoxie.
En résumé
La fabrication de la glace carbonique repose sur un ensemble d’opérations physiques et chimiques complexes. Grâce à la capture, la purification, la compression, la liquéfaction et la solidification du CO2, il est possible d’obtenir une glace sèche de haute qualité, sous différentes firmes, adaptées à une multitude d’applications industrielles, évènementielles et scientifiques.