Etude de la germination en surface dans les transformations chimiques des solides. Cas de la déshydratation du sulfate de lithium monohydraté

par Loïc Favergeon

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Michèle Pijolat et de Françoise Valdivieso.

Soutenue en 2006

à Saint-Etienne, EMSE .

mots clés

• Chimie de l'état solide
• Réactions chimiques
• Lithium
• Transitions de phases
• Thermogravimétrie

Résumé

Afin de mieux comprendre le processus de germination en surface dans les transformations chimiques de solides, nous avons choisi d’étudier une réaction "modèle" : la déshydratation de monocristaux de sulfate de lithium monohydraté. Des méthodes expérimentales (microscopies, thermogravimétrie) et différents modèles (transformation par germination-croissance isotrope, modèle spécifique de germination, simulations atomistiques, théorie classique de germination) ont permis de mettre en évidence que la fréquence surfacique de germination, le temps de latence expérimental et la date d’apparition du premier germe dépendaient de la température et de la pression, mais également de l’état de surface des monocristaux. Il a notamment été montré que la germination était différente sur les arêtes et sur les faces des monocristaux, particulièrement en raison d’une apparition des lacunes d’eau plus forte sur les arêtes que sur les faces.

Titre traduit

Study of the surface nucleation during chemical transformations of solids : case of the dehydration of lithium sulphate monohydrate

Résumé

In order to understand the process of surface nucleation during chemical transformations of solids, we have chosen to study a model reaction : the dehydration of single crystals of lithium sulphate monohydrate. Experimental methods (microscopies, thermogravimetry) and different models (transformation by nucleation and isotropic growth, special model for nucleation, atomistic simulations, classical nucleation theory) allowed to put in evidence that the areic frequency of nucleation, the experimental induction period and the date of birth of the first nucleus depend on the temperature and the pressure, but also on the surface state of the single crystals. It has been shown that nucleation process is different on the edges and on the faces of the single crystals. , particularly because of an apparition of water vacancies higher on the edges than on the faces.