THERMIQUE ANALYSE

Le terme général d'analyse thermique désigne un ensemble de techniques qui permettent la mesure, en fonction de la température, de grandeurs caractéristiques d'une propriété physique quelconque d'un échantillon. Ces techniques présentent souvent un caractère dynamique, c'est-à-dire que les mesures s'effectuent pendant l'échauffement ou le refroidissement progressif de l'échantillon, généralement placé dans une enceinte dont le programme de températures est contrôlé. Elles sont aussi appliquées d'une manière statique, en régime isotherme ou isobare, pour réaliser les conditions les plus favorables à l'établissement de l'équilibre thermodynamique.

La gamme de températures la plus couramment explorée s'étend depuis la température ordinaire jusqu'à 1 000 ⁰C, mais certaines des techniques font appel à un domaine beaucoup plus large, allant des valeurs proches du zéro absolu jusqu'à 2 400 ⁰C environ. En fait, seules les difficultés technologiques restreignent les limites d'utilisation.

Techniques thermogravimétriques

Les techniques thermogravimétriques sont adaptées à l'étude des variations de masse. Les mesures s'effectuent à l'aide de thermobalances, qui comportent trois parties fondamentales : la balance proprement dite, qui assure la pesée en continu de l'échantillon ; le four avec sa régulation de température ; le dispositif d'enregistrement.

Les balances actuelles se répartissent en trois groupes principaux suivant leur principe de fonctionnement.

Dans les balances dites de zéro, l'échantillon se trouve maintenu à un niveau constant à l'intérieur du four pendant toute la durée de l'expérience : le fléau de la balance est ramené à tout moment à la position d'équilibre en opposant au poids de l'échantillon une force, généralement d'origine électromagnétique, proportionnelle à la variation de masse et transmise par un système approprié à l'enregistreur. La thermobalance Ugine-Eyraud fournit un exemple de ce type d'appareil.

Dans les balances dites à déviation de fléau, la position de l'échantillon varie, en cours d'expérience, en fonction des changements de masse. Le fléau est muni à l'une de ses extrémités d'une tige verticale, en silice ou en alumine, qui soutient l'échantillon. De l'autre côté, un miroir reçoit un faisceau lumineux et le réfléchit vers un papier photographique ou vers une cellule photoélectrique solidaire du scripteur. La thermobalance de Chevenard répond à ce principe.

Les balances de type Mac Bain (Mac Bain et Baer, 1926) comportent un ressort (en quartz, nickel, élinvar, etc.) à l'extrémité duquel est suspendu l'échantillon. Les variations de masse de celui-ci provoquent l'élongation ou la contraction du ressort, dont le mouvement est suivi par visée à l'aide d'une lunette, ou transmis à un enregistreur par l'intermédiaire d'un dispositif autosuiveur (P. Barret, 1958 ; J. Duchêne, 1960).

Dans tous les cas, l'ensemble expérimental doit permettre de soumettre l'échantillon à des conditions opératoires diverses et bien définies pour régler la pression, contrôler la composition de l'atmosphère autour de l'échantillon, éventuellement prélever et analyser les gaz émis, mesurer la température de l'échantillon avec précision.

Le résultat d'une expérience se traduit par le tracé d'une courbe thermogravimétrique où la masse de l'échantillon est portée en ordonnée et le temps ou la température en abscisse.

La thermogravimétrie trouve des applications dans des domaines très variés. On fait souvent appel à cette technique pour déterminer la stabilité thermique des composés minéraux ou organiques, pour connaître ou contrôler l'état d'hydratation de différents[...]