Cinétique hétérogène 2 : mécanismes et lois cinétiques

Cet ouvrage de cinétique hétérogène et de réactivité des solides massifs ou en poudre comporte quatre volumes. Le premier volume présente les éléments nécessaires à la construction des mécanismes réactionnels (thermodynamique, diffusion, adsorption, réactions élémentaires) et les méthodes de modélisation qui permettent de calculer la vitesse d'une réaction hétérogène à partir de son mécanisme. Le deuxième volume décrit les méthodes expérimentales et théoriques pour déterminer la vitesse d'une réaction hétérogène en fonction du temps et des morphologies. Les processus de croissance et de nucléation sont exposés puis couplés. Une première application au phénomène de coalescence des grains solides est présentée. Le troisième volume traite des différents types de systèmes : décomposition des solides, réactions entre solides, réactions entre un gaz et un solide, et transformations de solutions solides. Les mécanismes correspondants sont analysés. Les lois de variation des vitesses de réaction avec la température et les pressions partielles des gaz, qui en découlent sont établies. Le quatrième volume présente des énoncés de problèmes avec leurs solutions détaillées : huit problèmes ont pour objet les fondements de la modélisation des mécanismes, neuf problèmes s'intéressent à la relation entre les mécanismes et les lois cinétiques et neuf problèmes ont pour thème la détermination des réactivités à partir des mécanismes.

Chapitre 1. Germination d'une phase solide. Agrégats. Exemples de schémas de germination. Énergie interfaciale. Enthalpie libre molaire de formation des agrégats. Cinétique de germination. Chapitre 2. Croissance d'une phase solide. Description des zones de croissance. Sens du développement de la phase B au cours de la croissance. Mode et modèles de croissance. Relations entre les vitesses de déplacement des interfaces et la réactance. Méthodologie de la modélisation de la croissance. Expressions des fonctions spatiales de croissances d'un grain. Chapitre 3. Transformations par germination superficielle-croissance. Germination-croissance et réactance expérimentale. Germination instantanée et croissance lente. Germination lente et croissance instantanée. Compétition germination-croissance. Germination-croissance anisotrope radiale. Germination-croissance isotrope. Cinétiques non isothermes et/ou non isobares. Poudres poly-disperses. Retour sur les changements de lois de première et deuxième espèce. Conclusion générale. Chapitre 4. Modélisation et expérience des réactions produisant un solide. L'adéquation entre les conditions expérimentales et la modélisation. Expression des vitesses expérimentales. L'obtention des courbes cinétiques. La vérification expérimentale des hypothèses. La détermination du modèle spatial. Calculs de la réactivité de croissance et de la fréquence spécifique de germination. Variations de la réactivité de croissance avec les contraintes. Méthodologie d'une étude. Chapitre 5. La coalescence granulaire. Description qualitative du modèle. La modélisation géométrique. Structure du mécanisme de coalescence. Détermination des fonctions spatiales. Constantes de vitesse et rayons de courbure. Réactivité de coalescence d'un solide à un seul constituant. Extensions à la coalescence de solides à plusieurs constituants. Relations entre expériences et modélisation. Mûrissement d'Oswald et diminution de porosité. Annexes 1 à 9. Bibliographie.

Michel Soustelle, ingénieur INPG, agrégé de chimie, docteur ès sciences, est professeur émérite à l’Ecole des mines de Saint-Etienne où il a dirigé un laboratoire consacré à la cinétique hétérogène. Il enseigne aussi à l’INP Grenoble et à l’ENS Cachan.