Fiche de révision : Analyse thermogravimétrique et DSC

📋 Plan du Cours

1. Principe de l’analyse thermogravimétrique
2. Appareillage et fiabilité des mesures
3. Paramètres et interprétation des courbes
4. Calorimétrie différentielle à balayage
5. Céramiques et polyuréthanes

📖 1. Principe de l’analyse thermogravimétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Analyse thermogravimétrique : Méthode d’analyse thermique qui suit les variations de masse d’un échantillon en fonction du temps ou de la température dans une atmosphère contrôlée.

★ À maîtriser

• Les transformations physiques observables en ATG comprennent:
  • l’oxydation
  • la sublimation
  • la décarbonatation
  • la solidification

Compléments

• Le suivi de la masse permet d’analyser tous les types d’échantillons.

💡 Astuce mémo

Variation de masse → suivi d’une transformation

📖 2. Appareillage et fiabilité des mesures

★ À maîtriser

• La balance d’ATG doit fournir et enregistrer une indication de masse, et peut être une balance à fléaux à très faible coefficient de dilatation thermique ou à forte conductivité thermique.

• Le four d’ATG doit permettre une montée rapide en température et couvrir une grande plage de températures; deux thermocouples associés régulent la température et mesurent celle de l’échantillon.

• L’atmosphère contrôlée peut être constituée de:

  • air
  • azote
  • vapeur

• L’étalonnage de la balance repose sur des pesées successives d’un échantillon étalon, tandis que l’étalonnage du four utilise un échantillon magnétique dont la température de Curie correspond à la perte de ses propriétés.

Compléments

• Une autre conception sépare l’échantillon de la balance et permet la thermogravimétrie sous pression.

• Les principaux problèmes de mesure sont: la poussée d’Archimède liée à la densité du fluide, la convection gazeuse produisant un bruit de fond et une différence de pression du fluide, les dégagements gazeux

💡 Astuce mémo

Balance → four → atmosphère contrôlée

📖 3. Paramètres et interprétation des courbes

★ À maîtriser

• Les paramètres opératoires de l’ATG sont:

  • le profil de température
  • l’atmosphère
  • le débit de gaz
  • la masse
  • la durée

• Le profil de température peut être isotherme ou dynamique, et l’atmosphère peut être neutre, oxydante ou réductrice.

• Les applications expérimentales de l’ATG comprennent: la déshydratation et la déshydrocyclation, la pyrolyse et la décomposition de polymères, de composés inorganiques ou organiques, l’oxydation et la combustion

📌 Une courbe sans variation de masse n’exclut pas une autre transformation, comme une fusion qui peut être étudiée avec l’association TG-DSC.

• Une perte de masse rapide à basse température traduit une évaporation ou une déshydratation.

• Une prise de masse traduit une réaction avec l’atmosphère, par exemple une oxydation, tandis qu’une perte suivie d’une perte peut correspondre à l’oxydation puis à la décomposition de l’oxyde.

Compléments

• Une décomposition peut se produire en une seule étape ou en plusieurs étapes.

💡 Astuce mémo

Perte de masse ≠ prise de masse

📖 4. Calorimétrie différentielle à balayage

🔑 Notions clés & Définitions

• Calorimétrie différentielle à balayage : Technique dont le domaine est restreint aux petites masses, à la capacité thermique et à l’étude des solides.
• Ligne de base : Partie de la courbe qui ne montre ni réaction ni transition.

★ À maîtriser

• L’appareillage de DSC comprend:
  • un four
  • un creuset
  • une référence
  • un thermocouple
  • un montage asymétrique

📐 Formule — L’enthalpie vérifie $\Delta H = K \int \Delta T\,dt = K\,S$.

• Les réactions endothermiques comprennent:
  • la fusion
  • la déshydratation
  • la pyrolyse

Compléments

• L’étalonnage de la DSC utilise la fusion d’un matériau standard, notamment une masse d’aluminium standard.

• La DSC peut être couplée:

  • à l’ATG
  • à la spectroscopie infrarouge
  • à la spectroscopie Raman
  • aux rayons X

💡 Astuce mémo

Endothermique absorbe, exothermique libère

📖 5. Céramiques et polyuréthanes

🔑 Notions clés & Définitions

• Céramique : Matériau inorganique non métallique nécessitant une haute température de fabrication.
• Température de transition vitreuse : Température à laquelle un polymère passe d’un état dur et cassant à un état malléable.
• Polyuréthane : Polymère thermodurcissable formé par la réaction d’un isocyanate avec un groupement possédant un hydrogène mobile.

★ À maîtriser

• Un dégagement de gaz lors de la formation du polyuréthane produit une mousse de polyuréthane.

Compléments

📐 Formule — La réaction de formation du polyuréthane met en jeu un isocyanate $R{-}N{=}C{=}O$ et un alcool $R'OH$.

💡 Astuce mémo

Gaz dégagé → mousse de polyuréthane

📊 Tableaux de synthèse

Signatures des courbes ATG