Caractéristiques générales et physico-chimiques

Le terme « GPL » ou « Gaz de Pétrole Liquéfiés » est utilisé pour désigner des mélanges d'hydrocarbures essentiellement composés de butane ou de propane. Le GPL carburant, destiné aux véhicules automobiles ou marins, est un mélange de butane et de propane.

Gazeux dans des conditions normales de température et de pression, les GPL peuvent être facilement liquéfiés. C'est ce caractère particulier qui rend leur transport et leur commercialisation aisés.

Provenance

Les Gaz de Pétrole Liquéfiés proviennent :

• Des champs de gaz naturel, pour plus de 60 %
  Les champs de gaz naturel sont composés à 90 % de méthane (CH₄). Les 10 % restants se répartissent entre 5 % de propane (C₃H₈) et 5 % d'autres gaz dont le butane (C₄H₁₀). Le pétrole brut contient aussi, en sortie de puits, des fractions souvent importantes de gaz associés dissous, parmi lesquels des GPL. Les pourcentages de GPL contenus dans le brut et le gaz naturel sont extrêmement variables d'un gisement à un autre.
  Le gaz naturel, dont la production a très fortement augmenté depuis plus d'une décennie, est devenu la première source de fourniture de GPL avec plus de 60 % des volumes produits dans le monde.
• 
  
• Des raffineries de pétrole, pour moins de 40 %
  Lors du raffinage du pétrole brut, les GPL sont séparés en partie supérieure des colonnes de distillation, au cours des opérations « primaires ». Des volumes supplémentaires sont également récupérés au cours d'opérations de traitements « secondaires ».
  Les GPL représentent entre 2 et 3 % de l'ensemble des produits obtenus. Selon sa provenance, une tonne de pétrole brut traitée donne 20 à 30 kg de GPL.

Composition

Les GPL sont des hydrocarbures saturés dont les molécules sont composées d'atomes d'hydrogène et de carbone.

BUTANE C4 H10	PROPANE C3 H8

Les gaz de pétrole liquéfiés sont des hydrocarbures composés majoritairement de coupes en C3 et C4, le butane et le propane étant les principaux composants. Ces produits, gazeux dans les conditions normales de température et de pression, peuvent être facilement liquéfiés, rendant aussi leur manipulation et leur transport très aisés.

	Point d'ébullition (°C)	Masse volumique du liquide (kg/m3) à 15°C	Masse volumique du gaz (kg/m3) à 15°C
Butane	0	585	2,50
Propane	-44	515	1,85

• 1 litre de butane liquide libère 239 litres de gaz (15 °C - 1 bar)
• 1 litre de propane liquide libère 311 litres de gaz (15 °C - 1 bar)

Ces caractéristiques physiques confèrent à cette énergie un avantage certain du point de vue du stockage et du transport.

Masses volumiques

Masse volumique du butane

Température C° Masse volumique kg/dm³ - 20 0,622 - 19 0,621 - 18 0,620 - 17 0,619 - 16 0,618 - 15 0,617 - 14 0,616 - 13 0,615 - 12 0,614 - 11 0,613 - 10 0,612 - 9 0,611 - 8 0,610 - 7 0,609 - 6 0,608 - 5 0,607 - 4 0,606 - 3 0,605 - 2 0,604 - 1 0,603 0 0,601

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 1 0,600 + 2 0,599 + 3 0,598 + 4 0,597 + 5 0,596 + 6 0,595 + 7 0,594 + 8 0,593 + 9 0,592 + 10 0,591 + 11 0,590 + 12 0,588 + 13 0,587 + 14 0,586 + 15 0,585 + 16 0,584 + 17 0,583 + 18 0,581 + 19 0,580 + 20 0,579

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 21 0,578 + 22 0,577 + 23 0,576 + 24 0,574 + 25 0,573 + 26 0,572 + 27 0,571 + 28 0,570 + 29 0,569 + 30 0,568 + 31 0,567 + 32 0,565 + 33 0,564 + 34 0,563 + 35 0,562 + 36 0,560 + 37 0,559 + 38 0,558 + 39 0,557 + 40 0,556

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 41 0,555 + 42 0,554 + 43 0,553 + 44 0,551 + 45 0,550 + 46 0,549 + 47 0,547 + 48 0,545 + 49 0,544 + 50 0,543 + 51 0,542 + 52 0,541 + 53 0,540 + 54 0,539 + 55 0,537 + 56 0,536 + 57 0,535 + 58 0,533 + 59 0,532 + 60 0,530

Masse volumique du propane

Température C° Masse volumique kg/dm³ - 20 0,561 - 19 0,560 - 18 0,559 - 17 0,558 - 16 0,556 - 15 0,555 - 14 0,554 - 13 0,553 - 12 0,551 - 11 0,550 - 10 0,549 - 9 0,548 - 8 0,547 - 7 0,545 - 6 0,544 - 5 0,543 - 4 0,541 - 3 0,540 - 2 0,539 - 1 0,537 0 0,536

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 1 0,535 + 2 0,533 + 3 0,532 + 4 0,530 + 5 0,529 + 6 0,528 + 7 0,526 + 8 0,525 + 9 0,524 + 10 0,522 + 11 0,521 + 12 0,520 + 13 0,518 + 14 0,516 + 15 0,515 + 16 0,514 + 17 0,512 + 18 0,511 + 19 0,510 + 20 0,509

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 21 0,506 + 22 0,505 + 23 0,503 + 24 0,502 + 25 0,500 + 26 0,499 + 27 0,497 + 28 0,495 + 29 0,494 + 30 0,492 + 31 0,491 + 32 0,489 + 33 0,488 + 34 0,486 + 35 0,484 + 36 0,483 + 37 0,481 + 38 0,479 + 39 0,478 + 40 0,476

Température C° Masse volumique kg/dm³ + 41 0,475 + 42 0,473 + 43 0,471 + 44 0,469 + 45 0,467 + 46 0,466 + 47 0,465 + 48 0,463 + 49 0,461 + 50 0,460 + 51 0,458 + 52 0,456 + 53 0,454 + 54 0,452 + 55 0,450 + 56 0,448 + 57 0,446 + 58 0,444 + 59 0,442 + 60 0,440

Données de combustion

Les GPL ont un pouvoir calorifique élevé et constant.
Le butane offre un pouvoir calorifique inférieur (PCI) de 12,66 kWh par kg, le propane un PCI de 12,78 kWh par kg. Si l'on considère leur pouvoir calorifique supérieur (PCS), le butane et le propane affichent respectivement 13,7 kWh et 13,8 kWh par kg.

	BUTANE commercial	PROPANE commercial
PCS (pouvoir calorifique supérieur)	49,4 MJ ou 13,7 kWh par kg 120,5 MJ ou 33,5 kWh par m3 à 15° C et 1013 mbar	49,8 MJ ou 13,8 kWh par kg 93,3 MJ ou 25,9 kWh par m3 à 15°C et 1013 mbar
PCI (pouvoir calorifique inférieur)	45,6 MJ ou 12,66 kWh par kg 109,6 MJ ou 30,45 kWh par m3 à 15°C et 1013 mbar	46,0 MJ ou 12,78 kWh par kg 85,3 MJ ou 23,70 kWh par m3 à 15°C et 1013 mbar

MJ : mégajoule (1 MJ = 1000 kJ = 10⁶ joule) - kWh : kilowattheure (1 kWh = 3600 kJ = 3,6 MJ)

	BUTANE	PROPANE
Pouvoir comburivore	29,5 m3/m3	23 m3/m3
Pouvoir fumigène (ramené à 15°C eau supposée non condensée)	31,8 m3/m3	24,8 m3/m3
Limite d'inflammabilité dans l'air - inférieure - supérieure	1,8 % 8,8 %	2,4 % 9,3 %
Composition théorique des produits d'une combustion neutre (eau condensée) : - CO2 - N2	14 % 86 %	13,7 % 86,3 %
Température d'auto-inflammation dans l'air (mélange correspondant à une combustion complète)	525 °C	535 °C
Vitesse de propagation de la flamme	33 cm/s	32 cm/s
Température maximum de la flamme dans l'air	1 915 °C	1 920 °C

Température d'ébullition et tension de vapeur

Gazeux à température normale (15°C) et à la pression atmosphérique (1013 mbar), les GPL sont liquéfiables sous faible pression :

• 1,7 bara pour le butane (bara : bar absolu)
• 7 bara pour le propane.

Leur température d'ébullition est de :

• 0°C pour le butane,
• - 44°C pour le propane,
• - 25°C pour le GPL carburant.

Pour les températures supérieures à ces valeurs, chaque fois que l'on ouvre le robinet du récipient, il y a ébullition du liquide, formation de vapeur donc de gaz (« ciel gazeux ») qui se régénère au fur et à mesure des soutirages de ce gaz au robinet. Ce sont les calories contenues dans l'air ambiant qui provoquent et entretiennent cette vaporisation naturelle.

A l'inverse, si la température ambiante descend au-dessous de la température d'ébullition, la phase gazeuse se retransforme en phase liquide : il ne peut plus y avoir de soutirage et on peut même assister à un phénomène de givrage de l'emballage.

C'est l'une des raisons pour laquelle les bouteilles de butane sont toujours utilisées à l'intérieur des locaux, tandis que les bouteilles et réservoirs de propane sont obligatoirement installés à l'extérieur.

Données de sécurité des produits

La combustion des GPL n'est possible que si le mélange gaz-air se situe entre 2 et 10 %.

A titre de comparaison :

• Hydrogène 4 et 75 %.
• Acétylène 2,5 et 80 %.
• Gaz naturel 5 et 15 %.

Conséquences pratiques :
La comparaison avec ces autres gaz fait apparaître une plage très restreinte pour les GPL, ce qui représente un avantage sur le plan de la sécurité.

Les données de sécurité pour le butane, le propane et le GPL carburant sont inscrites dans des fiches de données sécurité.(*)
Ces fiches contiennent des informations sur :

• les caractéristiques et propriétés des produits,
• les précautions à prendre pour leur utilisation, leur transport et leur manipulation,
• les mesures à prendre en cas de dispersion ou d'incendie.

Leur rédaction est conforme. à l'annexe II de l'article 31 du Règlement CE n°1907/2006 du 18/12/2006 modifié par le règlement CE n°453/2010 du 20/05/2010.

La dernière mise à jour des fiches de données de sécurité par le CFBP est du 24 mars 2011.

(*) Les fiches de données de sécurité sont disponibles chez les distributeurs, ou sur le site internet du CFBP (en accès réservé aux distributeurs).