Bibliographie & annexes
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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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Théorie
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4. Structure microscopique
D’après ce qui précède, il est clair que certains types de matériaux ne peuvent fournir de bons candidats en tant que matériaux énergétiques. Dans une substance dont tous les atomes présentent une électronégativité comparable (en particulier, si elle est constituée d’un seul élément), aucun gain énergétique notable ne peut être obtenu par échange d’électrons (à moins que ces atomes ne présentent des états d’oxydation différents, comme les atomes d’azote des groupements azides —N3 ). D’autre part, un matériau énergétique ne peut être métallique, car la mobilité des électrons dans un métal leur permet d’adopter leur répartition d’énergie minimale. De même, les interactions entre atomes dans les solides inorganiques covalents (tels que des oxydes) autorisent les échanges électroniques à travers les liaisons.
En revanche, dans un matériau moléculaire ou ionique, l’absence d’interactions covalente ou métallique limite les possibilités de transfert électronique entre molécules ou ions. Cette contrainte favorise l’existence de distributions électroniques métastables et, par conséquent, le stockage d’une énergie élevée. L’autre solution consiste évidemment à mélanger des matériaux oxydants et réducteurs (qui peuvent alors être métalliques ou covalents). Dans ce cas, les interactions entre constituants ne sont pas de nature à permettre un échange spontané d’électrons.
En pratique, il est très difficile de concilier des valeurs élevées de ρ 0 et de Δ f H o avec un bilan d’oxygène Ω proche de zéro sans compromettre la stabilité du système. Le choix d’un type de matériau détermine laquelle des trois propriétés (ρ 0 , Δ f H o ou Ω ) tend à être sacrifiée, comme illustré sur la figure 5 et détaillé dans ce paragraphe.
4.1 Cristaux moléculaires
Il s’agit de cristaux de molécules énergétiques électriquement neutres. Leur cohésion est assurée par des interactions relativement faibles (électrostatiques peu intenses, Van der Waals et éventuellement liaisons hydrogène) par rapport aux interactions...
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Structure microscopique
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).
-
...
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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