MPG 40 % — monopropylène glycol : densité, Cp, viscosité

Qu'est-ce que le MPG 40 % ?

Le monopropylène glycol (MPG, propane-1,2-diol, CAS 57-55-6) est l'antigel des circuits fermés où le fluide peut entrer en contact avec un produit consommable. Mélangé à l'eau, il abaisse le point de congélation et relève le point d'ébullition du caloporteur, exactement comme le monoéthylène glycol — mais sans le risque toxicologique de ce dernier.

Le 40 % s'entend en volume, convention des fiches techniques de fluides et des réfractomètres de chantier : 40 litres de glycol pur pour 60 litres d'eau. Comme le propylène glycol pur n'est qu'à peine plus dense que l'eau (1036 contre 998 kg/m³ à 20 °C), cela représente 40,9 % en masse : les deux échelles sont presque confondues, alors que l'écart atteint 2,6 points sur le MEG.

C'est la concentration des installations où le froid est franc et le contact possible :

• brasseries, caves vinicoles et laiteries — boucles de glycol des cuves et des échangeurs ;
• chambres froides négatives et tunnels de surgélation en industrie agroalimentaire ;
• patinoires et pistes de glace, où la saumure côtoie un public ;
• boucles de pompe à chaleur, capteurs solaires et réseaux extérieurs non purgeables, quand le maître d'ouvrage exclut le MEG.

Protection antigel : quel pourcentage de monopropylène glycol ?

La dépression du point de congélation croît avec la concentration, mais pas proportionnellement : elle avance de 3 à 4 K tous les 5 points jusqu'à 45 %, puis de 6 K sur le dernier palier. Voici les valeurs publiées par un fabricant de fluides caloporteurs au monopropylène glycol.

Les cinq grandeurs de la table

Toutes les valeurs sont données pour du monopropylène glycol à 40 % en volume dans l'eau. La température est le seul paramètre d'entrée, de −20 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) — 1030 kg/m³ à 20 °C, soit une densité de 1,030. Elle décroît régulièrement avec la température, de 1049 kg/m³ à −20 °C jusqu'à 917 kg/m³ à 175 °C. C'est elle qui convertit un débit volumique en débit massique.
• Chaleur massique Cp (J/kg·K) — 3747 J/kg·K, soit 3,747 kJ/kg·K ou 0,895 kcal/kg·°C. Contrairement à l'eau, dont le Cp est quasi constant, celui du mélange croît nettement avec la température : de 3669 J/kg·K à −20 °C à 3989 J/kg·K à 175 °C.
• Viscosité dynamique μ (Pa·s) — 0,004257 Pa·s, soit 4,257 mPa·s ou 4,257 cP. La viscosité cinématique correspondante vaut ν = μ/ρ = 4,13 mm²/s (4,13 cSt). C'est la grandeur la plus sensible à la température : elle est divisée par 146 entre −20 et 175 °C.
• Conductivité thermique λ (W/m·K) — 0,425 W/m·K, soit 0,366 kcal/h·m·°C. C'est la plus stable des cinq : elle ne gagne que 14,9 % sur les 195 kelvins de la plage, de 0,409 W/m·K à −20 °C à 0,470 W/m·K à 175 °C. La raison est physique — la conductivité de l'eau croît avec la température, celle du glycol pur décroît, et les deux effets se compensent en grande partie.
• Pression de vapeur Ps (Pa abs.) — 2022 Pa. La colonne relative, exprimée en bar par rapport à l'atmosphère normale (1,01325 bar), reste négative jusqu'à 100 °C et change de signe à 105 °C : c'est là que le mélange bouillirait à l'air libre.

Ce que le glycol change par rapport à l'eau

À 40 %, les écarts à l'eau ne sont plus des corrections de second ordre : ils dimensionnent le circuit. Et celui qui compte le plus n'est pas celui auquel on pense.

30 % ou 40 % : ce que coûte réellement le surdosage

C'est la question qui amène le plus souvent sur cette table. Passer de 30 à 40 % de monopropylène glycol achète 8 K de protection — de −14 à −22 °C. Voici la facture, mesurée entre les deux tables du site à la même température.

• Sur l'échange et le transport, c'est modéré. À 20 °C, la chaleur massique perd 3,1 %, la conductivité thermique 9,2 %, la masse volumique gagne 0,8 %. Le débit à faire circuler pour la même puissance n'augmente que de 2,3 % — largement dans la tolérance d'un circuit déjà dimensionné pour du glycol.
• Sur l'hydraulique, c'est net. À 20 °C, le mélange à 40 % est 1,44 fois plus visqueux que celui à 30 % ; à −10 °C le rapport monte à 1,68. C'est le circulateur qui encaisse le surdosage, et il l'encaisse au moment le plus défavorable — au démarrage par temps froid.
• La conclusion pratique. Ne monter à 40 % que si la température minimale réellement atteinte par le fluide le justifie, et vérifier alors le point de fonctionnement de la pompe à froid, pas au régime nominal. Si le 30 % suffit, la table MPG 30 % donne les propriétés correspondantes ; le palier intermédiaire est tabulé dans la table MPG 35 %.

MPG ou MEG à 40 % : une décision de contact, pas de performance

À concentration égale, le monoéthylène glycol est le meilleur caloporteur des deux. Choisir le MPG, c'est accepter une facture thermique connue en échange d'une propriété que le MEG n'a pas.

• À −20 °C, le MPG 40 % est 2,37 fois plus visqueux que le MEG 40 %. Le rapport tombe à 2,00 à −10 °C, 1,73 à 0 °C, 1,36 à 20 °C, 1,14 à 40 °C, puis les deux fluides se rejoignent vers 60 °C. L'écart est donc un écart de froid, et il se paie sur le circulateur d'une boucle de brasserie bien plus que sur un circuit de chauffage.
• Le MEG protège aussi environ 3 K plus bas au même dosage — −25 contre −22 °C à 40 % en volume chez un même fabricant. Pour atteindre la même protection, il faut donc quelques points de MPG en plus, et donc un peu plus de viscosité encore.
• Le contact tranche le reste. L'éthylène-glycol est classé nocif en cas d'ingestion — mention de danger H302 (INRS, fiche toxicologique n° 25). Le propylène glycol est, lui, autorisé comme additif alimentaire (E 1520), avec une dose journalière admissible de 25 mg/kg de poids corporel réaffirmée par l'EFSA en 2018. Dès qu'un échangeur peut mettre le fluide en relation avec un process alimentaire, une eau potable ou un bassin, c'est le MPG qui s'impose — et si le froid n'est pas en jeu, la table MEG 40 % reste la référence de comparaison.

Alimentaire : ce que le statut E 1520 dit, et ce qu'il ne dit pas

Le propylène glycol est un additif alimentaire autorisé dans l'Union européenne. C'est une propriété de la substance, et c'est ce qui rend acceptable, dans une laiterie ou une brasserie, le risque qu'un échangeur finisse par fuir côté produit.

Ce statut ne se transporte pas tel quel sur le bidon. Un antigel prêt à l'emploi n'est pas du glycol pur : il contient un paquet d'inhibiteurs de corrosion, et c'est la formulation complète — pas la nature du glycol — qui détermine si le fluide peut être annoncé pour un usage à proximité de denrées. Certains fabricants qualifient explicitement leurs fluides MPG pour l'agroalimentaire, d'autres non. La question à poser avant remplissage porte donc sur le produit, jamais sur la famille chimique.

Contrôler la concentration en service

La concentration se vérifie au réfractomètre, gradué pour le glycol employé — une échelle MEG lue sur un mélange MPG donne un résultat faux, et l'erreur va dans le sens dangereux. 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. Attention toutefois : le MPG n'alourdit le mélange que de 3,2 % à 40 %, contre 6,5 % pour le MEG — la lecture densimétrique y est donc deux fois moins sensible, et le réfractomètre reste le bon outil.

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.

Comment ces valeurs sont vérifiées

La table est couverte par une suite de 29 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 (0,859) 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 +0,35 % et +1,50 % de cette référence. C'est la constance de ce biais sur près de 200 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 40 lignes passent : l'écart maximal est de 7,8·10⁻⁴ kcal/kg·°C sur le Cp et 8,8·10⁻⁴ 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, le MPG 40 % doit se placer au-dessus du MPG 35 % et du MPG 30 % sur ρ et μ, en dessous sur Cp et λ, et au-dessus de l'eau pure sur ρ et μ, en dessous sur Cp. Le classement complet est vérifié de −20 à 115 °C ; sur Cp et λ, il tient jusqu'à 175 °C. Des tables saisies indépendamment servent ainsi de contrôle croisé — une erreur sur une ligne casse cet ordre.
• Comparaison au monoéthylène glycol. Sur toute la plage froide, de −20 à 40 °C, le MPG 40 % doit rester plus visqueux que le MEG 40 %, et l'écart doit se resserrer à mesure que la température monte. Les cinq rapports cités plus haut (×2,37 à −20 °C jusqu'à ×1,14 à 40 °C) sont assertés un à un.
• Comportements physiques et structure. Les tests imposent la couverture complète −20 à 175 °C de 5 en 5 sans trou ni doublon, la décroissance stricte de ρ et μ, la croissance stricte de Cp, de λ et de la pression de vapeur, et le fait que celle-ci 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-Propanediol, National Institute of Standards and Technology. Fiche de référence du corps pur : formule C₃H₈O₂, CAS 57-55-6, masse molaire 76,0944 g/mol — la valeur utilisée pour calculer la fraction molaire du mélange. webbook.nist.gov
• EFSA — Re-evaluation of propane-1,2-diol (E 1520) as a food additive, EFSA Journal, 5 avril 2018 (doi : 10.2903/j.efsa.2018.5235). Source du statut d'additif alimentaire et de la dose journalière admissible de 25 mg/kg de poids corporel et par jour, établie en 1996 et maintenue par cette réévaluation. efsa.onlinelibrary.wiley.com
• INRS — Fiche toxicologique n° 226, « Propylène-glycol » (février 2020). Institut national de recherche et de sécurité. Fiche de référence de la substance (CAS 57-55-6) : propriétés physico-chimiques, effets sur la santé et précautions d'emploi. inrs.fr
• INRS — Fiche toxicologique n° 25, « Éthylène-glycol » (mise à jour d'août 2023). Source de la mention de danger H302 citée pour le monoéthylène glycol, qui départage les deux familles. inrs.fr
• Glysofor — fiches produits Glysofor L (monopropylène glycol) et Glysofor N (monoéthylène glycol), consultées le 24 août 2026. Source du tableau de protection antigel reproduit plus haut et du terme de comparaison MEG/MPG à formulation et méthode constantes.
• CRC Handbook of Chemistry and Physics — propriétés des corps purs à 20 °C employées comme étalons de mélange : propylène glycol (ρ 1036 kg/m³, Cp 2507 J/kg·K, λ 0,200 W/m·K) 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 « MPG 40 % » (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.