MEG 30 % — eau glycolée : densité, Cp, viscosité

Qu'est-ce que le MEG 30 % ?

Le monoéthylène glycol (MEG, 1,2-éthanediol, CAS 107-21-1) est le principal antigel des circuits fermés de génie climatique. Mélangé à l'eau — on parle alors d'eau glycolée — il abaisse le point de congélation et relève le point d'ébullition du fluide caloporteur.

Le 30 % s'entend en volume, convention des fiches techniques de fluides et des réfractomètres de chantier : 30 litres de glycol pur pour 70 litres d'eau. Comme le glycol pur est plus dense que l'eau (1113 contre 998 kg/m³ à 20 °C), cela représente 32,3 % en masse — un écart faible mais qu'il ne faut pas confondre, sous peine de se tromper d'environ un degré sur la protection annoncée.

C'est la concentration la plus répandue en France, parce qu'elle couvre l'essentiel des besoins :

• boucles de pompe à chaleur géothermique et capteurs enterrés ;
• circuits solaires thermiques et unités extérieures de PAC air/eau ;
• réseaux de rafraîchissement et circuits de refroidissement industriels ;
• aérothermes et antennes de chauffage traversant des locaux hors gel.

Protection antigel : quel pourcentage de glycol ?

La dépression du point de congélation croît avec la concentration, mais pas proportionnellement — elle s'accélère au-delà de 35 %. Voici les valeurs couramment publiées pour le monoéthylène glycol.

Les cinq grandeurs de la table

Toutes les valeurs sont données pour du monoéthylène glycol à 30 % en volume dans l'eau. La température est le seul paramètre d'entrée, de −10 à 175 °C par pas de 5 °C. Les valeurs citées ci-dessous sont celles de la ligne 20 °C.

• Masse volumique ρ (kg/m³) — 1046 kg/m³ à 20 °C, soit une densité de 1,046. Elle décroît régulièrement avec la température, de 1057 kg/m³ à −10 °C jusqu'à 970 kg/m³ à 175 °C. C'est elle qui convertit un débit volumique en débit massique.
• Chaleur massique Cp (J/kg·K) — 3672 J/kg·K, soit 3,672 kJ/kg·K ou 0,877 kcal/kg·°C. Contrairement à l'eau, dont le Cp est quasi constant, celui du mélange croît nettement avec la température : de 3611 J/kg·K à −10 °C à 4057 J/kg·K à 175 °C.
• Viscosité dynamique μ (Pa·s) — 0,00234 Pa·s, soit 2,342 mPa·s ou 2,342 cP. La viscosité cinématique correspondante vaut ν = μ/ρ = 2,24 mm²/s (2,24 cSt). C'est la grandeur la plus sensible à la température : elle est divisée par 20,3 entre −10 et 175 °C.
• Conductivité thermique λ (W/m·K) — 0,480 W/m·K, soit 0,413 kcal/h·m·°C. Elle croît lentement avec la température et conditionne le coefficient d'échange d'un échangeur ou d'une batterie.
• Pression de vapeur Ps (Pa abs.) — 2081 Pa. La colonne relative, exprimée en bar par rapport à l'atmosphère normale (1,01325 bar), reste négative jusqu'à 100 °C et devient positive à partir de 105 °C : c'est là que le mélange bouillirait à l'air libre.

Ce que le glycol change par rapport à l'eau

Les quatre grandeurs qui comptent évoluent toutes dans le sens défavorable, mais pas dans les mêmes proportions — et l'écart qui compte n'est pas toujours celui qu'on croit.

MEG ou MPG : une décision de froid, puis de toxicité

À concentration égale, le monoéthylène glycol est le meilleur caloporteur des deux — mais la comparaison n'est franche qu'aux basses températures, celles pour lesquelles on met du glycol.

• À −10 °C, le MPG 30 % est 1,68 fois plus visqueux que le MEG 30 %. Le rapport tombe à 1,26 à 20 °C, puis les deux fluides se valent : au-delà de 70 °C, la table MPG passe même légèrement en dessous. L'avantage du MEG est donc un avantage de froid, et il se paie sur le circulateur d'une boucle géothermique bien plus que sur un circuit de chauffage.
• Le MEG conduit mieux la chaleur jusqu'à 50 °C. Au-delà, les deux tables se croisent et l'écart s'inverse : sur un circuit chaud, la conductivité ne départage plus les deux familles.
• La toxicité tranche le reste. L'éthylène-glycol est classé nocif par ingestion et toxique pour la reproduction (INRS, fiche toxicologique n° 25, août 2023). Le monopropylène glycol est admis au contact alimentaire. Dès qu'un échangeur peut mettre le fluide en relation avec de l'eau potable, un process agroalimentaire ou un bassin, c'est le MPG qui s'impose.

Contrôler la concentration en service

La concentration se vérifie au réfractomètre, gradué pour le glycol employé — une échelle MPG lue sur un mélange MEG donne un résultat faux. Un densimètre convient également, la masse volumique du mélange étant une fonction monotone de la concentration : c'est précisément ce que la colonne ρ de cette table permet de faire, en lisant à l'envers la densité mesurée à température connue.

Le contrôle ne s'arrête pas là. Ce qui met fin à la vie d'un mélange n'est presque jamais la disparition du glycol, mais l'épuisement des inhibiteurs de corrosion : le fluide s'acidifie et attaque les métaux du circuit. Le pH et la réserve d'alcalinité font donc partie du contrôle périodique, au même titre que la concentration. Au-delà de 120 à 140 °C selon les formulations — un régime que connaissent les capteurs solaires en stagnation — la dégradation s'accélère nettement.

Comment ces valeurs sont vérifiées

La table est couverte par une suite de 24 tests automatisés. Le principe : elle est comparée à des références externes réimplémentées indépendamment dans le fichier de test — jamais à ses propres sorties. Les écarts ci-dessous sont ceux que les tests mesurent réellement.

• Pression de vapeur — loi de Raoult et IAPWS-IF97. C'est le contrôle le plus complet. La fraction molaire d'eau du mélange (0,878) est recalculée à partir des seules masses molaires et masses volumiques des corps purs, puis multipliée par la pression de saturation de l'eau pure donnée par l'équation de la région 4 d'IAPWS-IF97, réécrite avec ses dix coefficients. Sur les 36 lignes de 0 à 175 °C, la table se tient entre +1,14 % et +1,77 % de cette référence. C'est la constance de ce biais sur plus de 175 kelvins, bien plus que sa valeur, qui exclut une erreur de modèle ou d'unité.
• Conversions d'unités — définitions exactes. Chaque colonne secondaire doit être la conversion de la colonne principale : 1 kcal = 4186,8 J, 1 kcal/(h·m·°C) = 1,163 W/(m·K), 1 Pa·s = 3600 kg/(m·h), et la pression relative doit valoir la pression absolue moins 1,01325 bar. Les 38 lignes passent : l'écart maximal est de 7,6·10⁻⁴ kcal/kg·°C sur le Cp et 9,4·10⁻⁴ kcal/h·m·°C sur λ, soit moins d'une unité du dernier chiffre affiché. C'est le contrôle qui attrape une coquille de saisie.
• Cohérence avec les tables voisines du site. À chaque température commune, l'ordre eau → MEG 30 % → MEG 35 % → MEG 40 % doit être respecté sur les quatre grandeurs : ρ et μ croissants, Cp et λ décroissants. Quatre tables indépendantes servent ainsi de contrôle croisé — une erreur de saisie sur une ligne casse cet ordre.
• Comportements physiques et structure. Les tests imposent la couverture complète −10 à 175 °C de 5 en 5 sans trou ni doublon, la décroissance stricte de ρ et μ, la croissance stricte de Cp et Ps, la croissance de λ, et le fait que la pression de vapeur du mélange reste sous celle de l'eau pure à toute température.

Références

• IAPWS R7-97(2012) — Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, International Association for the Properties of Water and Steam (révision du 29 mai 2018). Sa région 4 fournit l'équation de saturation de l'eau pure utilisée comme étalon de la colonne pression de vapeur.
• NIST Chemistry WebBook, SRD 69 — 1,2-Ethanediol, National Institute of Standards and Technology. Fiche de référence du corps pur : formule C₂H₆O₂, CAS 107-21-1, masse molaire 62,068 g/mol — la valeur utilisée pour calculer la fraction molaire du mélange. webbook.nist.gov
• INRS — Fiche toxicologique n° 25, « Éthylène-glycol » (mise à jour août 2023). Institut national de recherche et de sécurité. Classification et précautions d'emploi de l'éthylène-glycol (CAS 107-21-1) ; c'est la source du critère de toxicité qui départage MEG et MPG. inrs.fr
• CRC Handbook of Chemistry and Physics — propriétés des corps purs à 20 °C employées comme étalons de mélange : éthylène glycol (ρ 1113 kg/m³, Cp 2385 J/kg·K, λ 0,252 W/m·K, μ 20,9 mPa·s) et eau (998,2 kg/m³, 4182 J/kg·K, 0,598 W/m·K, 1,002 mPa·s).
• Celsius Process — Caractéristiques physiques des fluides thermiques, fiche « MEG 30 % » (PDF mis en ligne en janvier 2020). Table constructeur au même format que celle-ci, utile pour recouper une ligne. Le document est un PDF image : il se lit à l'écran, mais son contenu n'est pas extractible automatiquement.
• ABC Clim — Ethylène (PEG) et Monopropylène glycol (PG), mise à jour du 21 janvier 2025. Source du tableau de points de congélation par concentration reproduit plus haut.