Présentation
Auteur(s)
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Françoise ROUQUEROL : Professeur à l’université de Provence (Aix-Marseille-I)
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Laurent LUCIANI : Docteur en physico-chimie - Ingénieur de l’École supérieure de chimie de Marseille
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Philip LLEWELLYN : Ph.D - Chargé de recherche au CNRS
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Renaud DENOYEL : Docteur ès sciences - Chargé de recherche au CNRS
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Jean ROUQUEROL : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au CNRS
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Lire l’articleINTRODUCTION
Groupe des solides divisés du MADIREL (Matériaux divisés, revêtements, électrocéramiques)
Centre national de la recherche scientifique
Université de Provence
Bien des solides divisés (soit pulvérulents, soit poreux) qui se trouvent tels quels dans la nature, y ont un rôle important dans les équilibres ou phénomènes naturels. D’autres sont utilisés et exploités par l’homme depuis la nuit des temps. Leur application pratique leur mérite alors le nom de « matériaux » divisés. D’autres enfin sont inventés ou synthétisés chaque année pour résoudre des défis technologiques ou participer à la protection de l’environnement.
Le solide divisé le plus connu est tout simplement le sol. Son aire superficielle et sa porosité déterminent en grande partie sa capacité de rétention non seulement d’eau mais aussi de substances fertilisantes, désherbantes, phytosanitaires ou encore toxiques (métaux lourds, éventuellement radioactifs). Les sables, dans leur forme la plus divisée, sont capables de rester en suspension dans l’air (ils constituent alors un aérosol de poussière) et d’être ainsi transportés sur des milliers de kilomètres, avant d’être précipités au sol par les pluies : c’est ainsi que la poussière rose ou jaune du Sahara se retrouve, un lendemain de pluie, sur les voitures du midi de la France. Maîtrisé, contrôlé et surtout canalisé, ce phénomène est aujourd’hui à la base du transport pneumatique des poudres : farines alimentaires, ciments, soufre, talc, etc.
Depuis longtemps, l’homme a exploité les propriétés adsorbantes du charbon ou de pierres poreuses volcaniques à des fins médicales (aspiration du venin d’une plaie) ou bien la porosité des poteries pour permettre leur refroidissement par évaporation de l’eau qui les traverse, ou encore la puissance technique du « frittage » : c’est grâce à ce dernier que les Étrusques fabriquaient des statuettes en or dans des fours pourtant incapables d’atteindre la température de fusion de l’or (1 063 C) ; l’énergie emmagasinée par les grains de poudre fine – sous forme de défauts structuraux et d’énergie de surface – à la suite de leur broyage permettait en effet, dès 600 à 700 C, la prise en masse des statuettes de poudre d’or compactée.
Aujourd’hui enfin, on invente des adsorbants nouveaux que l’on ajuste le mieux possible (en granulométrie, en taille de pores, en fonctions chimiques superficielles) aux applications visées dont nous ne citerons que certaines :
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abaissement de la pression de stockage du gaz naturel (afin d’alléger les bouteilles et de permettre leur utilisation sur véhicules propulsés au gaz naturel) ;
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purification et recyclage de l’atmosphère des avions ;
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rétention et réemploi des vapeurs d’essence dégagées par les réservoirs de voiture ;
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rétention et réemploi des vapeurs de solvants à la sortie des tunnels de peinture ;
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réhabilitation de sols souillés par des métaux lourds ;
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séparation des gaz de l’air à la température ambiante, sans besoin de température cryogénique (les tailles très voisines des molécules de diazote et de dioxygène nécessitent un ajustement très fin de la texture poreuse et des propriétés superficielles) ;
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stockage puis relargage progressif de principes actifs médicamenteux, pour assurer une concentration constante dans l’organisme malgré des prises de médicaments très espacées ;
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réalisation de machines frigorifiques solaires exploitant le caractère fortement endothermique de la désorption de vapeur d’eau ou d’alcool et utilisables pour le stockage de vaccins en pays désertique.
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1987 par Jean CHARPIN, Bernard RASNEUR
- Version archivée 2 de déc. 1999 par Jean CHARPIN, Bernard RASNEUR
- Version courante de mai 2017 par Françoise ROUQUEROL, Jean ROUQUEROL, Isabelle BEURROIES, Philip LLEWELLYN, Renaud DENOYEL
DOI (Digital Object Identifier)
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7. Caractérisation de la microporosité
7.1 Mise en évidence de la microporosité
Redisons ici que les micropores se remplissent à très basse pression relative, parfois à partir de 10–7 p/po, ce qui correspond à des pressions d’équilibre de diazote de 10–4 mbar. Pour pouvoir mettre en évidence une microporosité, il est donc nécessaire de s’assurer que l’appareil utilisé permet de faire des mesures valables. Pour cela, il faut disposer non seulement d’une jauge de pression 0-1 mbar, mais aussi d’un appareil très étanche dans lequel il est possible d’obtenir un vide statique suffisant pendant le temps des mesures. Par ailleurs, plus les micropores sont petits, plus le temps nécessaire à l’obtention d’un équilibre est élevé car la diffusion du diazote est lente à 77 K. Le mode opératoire choisi doit nécessairement permettre de trouver un compromis pour tenir compte des performances de l’appareil.
Redisons aussi que toutes les informations concernant les caractéristiques du matériau étudié se trouvent sur l'isotherme d’adsorption. Dans le cas des échantillons microporeux, il est donc indispensable de bien connaître le début de l'isotherme ; il est alors intéressant d’utiliser une représentation semi-logarithmique [ ].
À titre d’exemple, nous donnons, figure 25, l’isotherme d’adsorption de diazote à 77 K par un solide microporeux cristallisé bien connu, AlPO4-11, qui possède des micropores elliptiques (0,39 nm × 0,63 nm). Il est facile de voir, dans une représentation semi-logarithmique, que ces micropores se remplissent en deux étapes.
HAUT DE PAGE7.2 Détermination de volumes microporeux
La méthode αS que nous venons de décrire est aussi utilisable pour estimer les volumes microporeux.
Dans le cas du charbon microporeux que nous venons d’étudier, il est possible d’extrapoler, jusqu’à αS = 0, les deux droites obtenues dans la figure ...
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