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Auteur(s)
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Maurice GERL : Docteur ès Sciences Physiques - Professeur à l’Université de Nancy I
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Dans cet article, nous traiterons des différents types de transport : électrique, thermique et transport de matière par diffusion. Nous en donnerons les principales caractéristiques.
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Physique Chimie
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3. Transport de matière par diffusion
Mis en contact, deux éléments chimiquement ou isotopiquement différents s’interpénètrent l’un à l’autre. Ce phénomène peut se produire par convection (en particulier dans les gaz et les liquides) ou par diffusion. Dans le phénomène de convection, l’interpénétration se produit par des courants de matière localisés ou macroscopiques : de nombreux atomes ou molécules ont alors la même vitesse, en un point et à un instant donnés. Dans le phénomène de diffusion par contre, chaque molécule ou atome se déplace de manière aléatoire, quasi indépendamment des autres espèces diffusantes. On parlera d’autodiffusion lorsque l’élément diffusant a même nature chimique qu’un des éléments de la matrice et d’hétérodiffusion dans le cas contraire.
3.1 Définitions. Lois de Fick
Seul le transport de matière par diffusion est envisagé ici ; bien que les systèmes choisis soient fréquemment des alliages métalliques solides, les phénomènes décrits sont transposables aux liquides et aux gaz si les courants de convection sont éliminés. Par exemple, si un alliage homogène Cu‐Zn est initialement soudé par contact à un échantillon de cuivre pur, le système évolue progressivement vers un état où la concentration de zinc est uniforme (figure 26).
Cette évolution, dont la vitesse est extrêmement sensible à la température, tend à minimiser l’enthalpie libre G = H – T S du système. En particulier, si l’enthalpie d’interaction des atomes de soluté est négligeable, le système évolue vers un état d’entropie maximale (alliage parfaitement aléatoire).
Dans ce paragraphe sont étudiés les lois phénoménologiques de la diffusion, ainsi que les mécanismes microscopiques entraînant le transport atomique.
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Dans l’exemple unidimensionnel de la figure 26, la concentration de l’alliage est suffisamment faible (de l’ordre de quelques pourcent au maximum)...
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