Analyse thermogravimétrique - Définition
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Déroulement de la mesure
On distingue typiquement deux types de mesures :
- les mesures à température constante ;
- les cyclages en température.
L'intérêt d'une mesure à température constante, c'est que l'on maîtrise le paramètre température. Dans ce cas, la première partie est une montée jusqu'à la température de travail ; elle s'effectue habituellement sous vide ou sous atmosphère inerte (typiquement diazote, argon) et n'est pas enregistrée. Puis, on introduit le gaz réactif — si l'on chauffe sous atmosphère inerte, il faut faire le vide avant d'introduire le gaz — ; la mesure démarre. Elle est arrêtée au bout d'un temps déterminé.
Les cycles en température permettent de simuler les démarrages et arrêts des dispositifs (réacteurs, fours, moteurs). On peut également faire varier de manière cyclique la composition de l'atmosphère ; par exemple, pour un moteur de voiture ou la ligne d'échappement, simuler les accélérations et relâchements de l'accélérateur.
Après la mesure, on pourra effectuer une analyse chimique de l'échantillon, par exemple par diffractométrie de rayons X, afin de déterminer les phases formées, et observer l'échantillon au microscope optique ou microscope électronique à balayage pour déterminer son état de surface.
Bruit et artefacts
La principale source de bruit sont les vibrations mécaniques. L'appareil doit donc être placé dans une pièce calme, hors de l'axe de la porte, et placé sur un système anti-vibrations.
Lorsque l'on change l'atmosphère, il se produit une variation de flottabilité (poussée d'Archimède), qui induit une variation de poids. Il faut donc dans l'idéal faire une mise à zéro après le changement d'atmosphère.
Les matériaux utilisés pour la suspente et l'accrochage de l'échantillon peuvent aussi avoir une influence :
- le platine s'oxyde au-dessus de 600 °C, pour former un oxyde volatil (PtO2), il y a donc une perte de masse de l'appareillage ;
- l'alumine est poreuse et peut dégazer.
Traitement des données
En général, la cinétique de réaction obéit à une loi et l'on cherche à déterminer les paramètres de cette loi.
La première opération consiste à extraire les premiers instants de la mesure — de l'ordre de la minute — puisque le changement de gaz a induit une fluctuation du poids mesuré.
La réaction solide-gaz est proportionnelle à la surface de contact (voir l'article Surface spécifique). On travaille donc en général en variation de masse par unité de surface, noté Δm/S. Il faut donc diviser les masses mesurées par la surface estimée de l'échantillon.
Puis, on effectue typiquement une régression afin de déterminer les paramètres de la loi.
