Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La plupart du temps, l’étude des réactions se limite exclusivement aux réactions « en phase homogène », c’est-à-dire à celles qui se produisent entre gaz ou dans les liquides (réactions acide/base, oxydoréduction...). Or, dans de très nombreux cas, les réactions impliquent un solide et un fluide (gaz ou liquide), constituant ainsi des systèmes « hétérogènes ». Cet article se propose de présenter l'essentiel de ce qu'il faut savoir pour expliquer les réactions physico-chimiques impliquant un solide chauffé, et cela de façon aisément accessible à un non-spécialiste. Sont ainsi introduits la théorie de réactivité du solide, et les aspects thermodynamiques qui lui sont associés. Cette approche permet d’aborder la formation de couches minces et la notion de vitesse de réactions intervenant dans les solides.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre LEFORT : Professeur à l'université de Limoges
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Stéphane VALETTE : Maître de Conférences à l'université de Limoges
INTRODUCTION
Les programmes scolaires et universitaires consacrent une part assez large à l'étude des réactions. Mais celle-ci se limite presque exclusivement aux réactions qui se produisent entre gaz ou dans les liquides (réactions acide/base, oxydoréduction…). Dans chacun de ces cas, tout se passe au sein d'une même phase : il s'agit de réactions dites « en phase homogène ». Or, dans de très nombreux cas, dont quelques-uns sont cités dans le cours de ce dossier, l'ingénieur est confronté à des réactions impliquant un solide et un fluide (gaz ou liquide) qui constituent des systèmes « hétérogènes ». Il se trouve alors particulièrement démuni, car, outre le fait qu'il n'a souvent pas étudié ce genre de système durant sa formation, les réactions mises en cause sont généralement très complexes. Pour décrire celles affectant les solides portés à température élevée, plusieurs ouvrages de qualité [1] [2] [3] [4] [5] sont disponibles en langue française, car ce domaine de recherche est bien couvert en France par des spécialistes reconnus internationalement et, en langue anglaise, il faut citer le livre de référence de P. Kofstad [6]. Cependant, ces ouvrages exhaustifs sont naturellement volumineux, et il a paru utile de proposer, dans un espace limité, l'essentiel de ce qu'il faut savoir pour expliquer les réactions physico-chimiques impliquant un solide chauffé, et cela de façon aisément accessible à un non-spécialiste. Ce choix a évidemment pour conséquence la nécessité de ne détailler que très peu les notions auxquelles il est fait appel : le lecteur trouvera les compléments qui pourraient lui manquer dans les ouvrages ci-avant, ou dans les articles cités en référence dans le cours du texte.
La cinétique des réactions du solide à températures élevées fait l'objet de deux dossiers : [AF 3 688] Partie 1 et [AF 3 689] Partie 2.
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Aspects thermodynamiques
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1. Réactivité et cinétique
1.1 Réactivité du solide
La réactivité du solide constitue la science des transformations de phases qui modifient plus ou moins complètement la nature et les propriétés des matériaux par suite de l'intervention d'un agent extérieur.
Cette discipline concerne la quasi-totalité des activités industrielles. De très nombreuses industries sont même entièrement fondées sur ce genre de transformations. C'est le cas de certaines très anciennes, comme la métallurgie qui transforme des matériaux naturels (oxydes, sulfures, etc.) en métaux. C'est aussi le cas d'industries de pointe qui formulent par exemple des matériaux supraconducteurs à haute température critique en recherchant de nouvelles phases solides par mélange et réaction d'oxydes.
Mais, au-delà de ces transformations de phases recherchées, il en existe beaucoup d'autres, désignées par le terme général de corrosion, qui proviennent de réactions indésirables des matériaux dans leur environnement d'usage. Ce sont ainsi presque toutes les activités industrielles qui sont confrontées, de près ou de loin, à de telles dégradations aux conséquences néfastes sur les productions, les outils et l'environnement.
La réactivité du solide comprend en son sein plusieurs classes de réactions :
-
réactions solide/gaz (corrosion sèche) ;
-
réactions solide/métaux ou sels fondus ;
-
réactions solide/liquide (corrosion humide) ;
-
réactions solide/solide.
L'espace disponible pour le présent dossier et sa thématique « température élevée » conduisent à ne pas aborder les deux dernières classes de réactions. En effet, les réactions solide/liquide se produisent surtout en milieu aqueux, donc à température modérée, et font appel essentiellement à l'électrochimie (l'eau véhicule des porteurs de charges électriques, qui conduisent à l'échange électronique caractérisant la réaction). Quant aux réactions solide-solide, elles concernent principalement le frittage ou le frittage réactif de matériaux, ce qui constitue un autre domaine de spécialité pour l'ingénieur. Là encore, de très bons ouvrages en français lui sont consacrés comme celui de D. Bernache-Assolant...
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Réactivité et cinétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRET (P.) - Cinétique hétérogène. - Gauthier-Villars, Paris (1973).
-
(2) - SARRAZIN (P.), GALERIE (A.), FOULETIER (J.) - Les mécanismes de la corrosion sèche. Une approche cinétique. - EDP Sciences, Grenoble (2000).
-
(3) - SOUSTELLE (M.) - Cinétique hétérogène tome1. - Hermès-Lavoisier, Paris, (2006 ), tome 2, Hermès-Lavoisier (2006 ), tome 3, Hermès-Lavoisier, Paris (2006 ), tome 4, Hermès-Lavoisier, Paris (2007).
-
(4) - BÉNARD (J.) - Oxydation des métaux. - Gauthier-Villars, Paris, (1962).
-
(5) - CHEVALIER (S.) - Traitements de surface et nouveaux matériaux. - EUD, Dijon (2007).
-
(6) - KOFSTAD (P.) - High Temperature Corrosion. - Elsevier, London, (1988).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
T & T winner [logiciel] téléchargement libre http://ttwinner.free.fr/
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TRS (Thermal Reactivity of Solids) http://www.emse.fr/trs/
HAUT DE PAGE
Journées d'étude sur la Cinétique hétérogène, seule manifestation en français, de tenue annuelle dans différentes villes françaises (Grenoble, Dijon, Toulouse, Paris, Saint-Étienne, Limoges, etc.) http://www.emse.fr/jech40/
International Symposium on High Temperature Corrosion and Protection of Materials HTCPM, congrès qui se tient tous les 4 ans dans l'île des Embiez (Marseille) http://htcpm2020.com/en/index.html
European Symposium of Thermal Analysis and Calorimetry ESTAC, Cracovie en 2006.
International Congress on Thermal Analysis and Calorimetry ICTAC, Sao Paulo, septembre 2008 http://www.ictac.org
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