Germination, croissance et modèles cinétiques

Michèle Pijolat (1, 2, 3)

1 SPIN-ENSMSE - Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels
2 LPMG-EMSE - Laboratoire des Procédés en Milieux Granulaires
3 PRESSIC-ENSMSE - Procédés et REactivité des Systèmes Solide-gaz, Instrumentation et Capteurs

Il est généralement admis que les transformations chimiques des solides divisés (réaction avec un ou plusieurs gaz ou décomposition thermique) mettent en jeu deux processus, la germination et la croissance, dont les mécanismes sont différents. Leur vitesse évolue donc différemment avec la température et la pression partielle des gaz. En fait, en oxydation des métaux et alliages, le processus de germination est rarement pris en compte excepté dans des conditions très particulières, par exemple avec des surfaces préalablement traitées sous ultra-vide pour éliminer toute trace d'oxyde natif, et avec des conditions d'oxydation très douces (faible pression, faible température). Donc en général pour un métal à haute température, le seul processus responsable de l'oxydation est la croissance de la couche d'oxyde. De plus, les modèles cinétiques reposent généralement sur l'hypothèse d'échantillons plans de très faible épaisseur (plaquettes). Ainsi les lois cinétiques peuvent être calculées pour une étape limitante donnée, d'où par exemple la loi parabolique en régime diffusionnel, et la loi linéaire en régime d'interface. Il est cependant intéressant d'élargir le cadre de la cinétique d'oxydation à des situations plus compliquées où le solide se présente sous la forme d'un ensemble de grains et peut réagir avec un ou plusieurs gaz. Comment dans ce cas calculer la loi cinétique donnant la variation de la prise de masse au cours du temps ? On conçoit aisément qu'il soit nécessaire de considérer la forme géométrique des grains et la croissance du produit formé, mais cela ne suffit pas, il faut également tenir compte de la germination qui, dans ce cas, se produit à la surface des grains. Le but du cours est de montrer comment construire un modèle cinétique complet, en précisant les hypothèses communes et spécifiques aux différents modèles possibles. L'utilisation de logiciels de cinétique hétérogène sera également évoquée.

Mots clés: solides divisés; décomposition thermique; température; pression partielle des gaz; oxydation; métaux et alliage

Domaines: Génie des procédés

Michèle Pijolat. Germination, croissance et modèles cinétiques. BALBAUD, F. ; DESGRANGES, C. ; DUHAMEL, C. ; MARCHETTI, L. ; MARTINELLI, L. ; MOLINS, ; R. PERRIN, S. ; ROUILLARD, F. Corrosion et protection des matériaux à haute température., Presses des Mines ISBN=978-2-911256-54-7, pp.179-193, 2011, Collection Sciences de la Matière. ⟨hal-00657533⟩