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RÉSUMÉ
Un matériau est dit énergétique s’il peut libérer de l’énergie en un temps très court, cette énergie potentielle stockée sous forme chimique provenant d’un arrangement non optimisé de ces atomes. Ces matériaux énergétiques présentent des enthalpies de formation plutôt positives et des densités souvent élevées. Quant à leurs applications, l’énergie dégagée par la réaction exothermique peut être mise à profit sous forme de chaleur (pour chauffer rapidement des conserves), ou pour fournir un travail mécanique (matériaux pour la propulsion ou explosifs).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Didier MATHIEU : Docteur en chimie physique - Ingénieur de recherche
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Sylvain BEAUCAMP : Doctorant - Commissariat à l’énergie atomique - Centre d’études du Ripault
INTRODUCTION
Dès lors que ses atomes ne sont pas disposés selon l’arrangement le plus stable, un matériau quelconque renferme de l’énergie potentielle stockée sour forme chimique. Ce matériau est dit énergétique si cette énergie est susceptible d’être libérée en un temps très court (inférieur à quelques fractions de seconde) lors d’une réaction exothermique (combustion).
Cet article constitue une introduction aux matériaux énergétiques, avec un accent sur la conception de nouveaux produits. Des ouvrages et articles de synthèse sont disponibles pour plus d’informations sur la chimie [1] [2] et la physique [3] [4] de ces matériaux.
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7. Ingénierie moléculaire
Une part importante du travail de développement de nouveaux matériaux consiste à optimiser leur formulation et leur morphologie. Cependant, pour satisfaire au mieux les cahiers des charges imposés par les applications envisagées, il est utile de synthétiser de nouveaux composés. Le développement de nouvelles molécules énergétiques est coûteux du fait des précautions requises par leur manipulation. Les premières étapes sont d’autant plus difficiles que, en l’absence d’une caractérisation rigoureuse de la dangerosité du produit, son étude doit porter sur des quantités très faibles. Or, une caractérisation approfondie nécessite de disposer de suffisamment de matière.
En fait, comme indiqué au paragraphe 5.5, les performances des matériaux énergétiques peuvent être calculées assez simplement par des modèles thermochimiques, dès lors que la densité et l’enthalpie du matériau sont connus. Même si d’autres propriétés importantes ne peuvent être estimées aussi facilement, les calculs a priori de performances permettent au moins d’éliminer des candidats manifestement non conformes au cahier des charges. Ils peuvent ainsi faire économiser un temps considérable en limitant le nombre de synthèses conduisant à des matériaux sans intérêt.
Cette section passe en revue les principales méthodes pour la prévision de ρ 0 et Δ f H o, données d’entrée des codes de calcul des performances. D’autres méthodes pouvant être utiles pour orienter les synthèses sont mentionnées également. Elles concernent l’évaluation d’autres propriétés importantes de matériaux énergétiques : h 50 , T dec , stabilité vis‐à‐vis de certaines réactions (comme l’hydrolyse), ainsi que leur point de fusion et leur caractère biodégradable. Évidemment, bien d’autres aspects entrent en ligne de compte, comme les coûts de production, mais ces derniers ne peuvent évidemment pas être pris en compte...
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Ingénierie moléculaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AKHAVAN (J.) - The chemistry of explosives. - Royal Society of Chemistry (1998).
-
(2) - PAGORIA (P.F.), LEE (G.S.), MITCHELL (A.R.), SCHMIDT (R.D.) - Thermochimica Acta, - 384, p. 187-204 (2002).
-
(3) - BORGHI (R.), DESTRIAU (M.) - La combustion et les flammes. - Technip (1995).
-
(4) - ODIOT (S.) éd - Approches microscopique et macroscopique des détonations. - Éditions de Physique (1988).
-
(5) - LAURENCE livermore national laboratory - * - http://www-cms.llnl.gov/s-t/nanoscale_chemistry.html
-
(6) - WILSON (K.J.) - High energy-density materials : The role of predictive theory. - Ph thesis, université de Floride (2002).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
MATEOS (D.) - Transformation de matériaux énergétiques par oxydation hydrothermale : étude cinétique globale et simulation du procédé en régime permanent sur des composés modèles. - Université de Bordeaux I (2003).
MASSONI (J.) - Un modèle micromécanique pour l’initiation par choc et la transition vers la détonation dans les matériaux solides hautement énergétiques. - Université-Aix-Marseille I (1999).
PEUGEOT (F.) - Étude de la vulnérabilité de matériaux énergétiques à l’agression par jet de charge creuse. - Université de Poitiers (1997).
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