Mesure d’enthalpie de fusion

Qu’est ce que la fusion ?

La fusion d’un composé correspond à un changement de son état physique : il passe de l’état solide à l’état liquide. La transformation inverse est nommée solidification ou parfois cristallisation. Cette fusion s’accompagne d’une absorption d’énergie nommée enthalpie de fusion. Elle est souvent exprimée en J/g, ou J/mol lorsqu’il s’agit de composés purs.

Pourquoi déterminer l’enthalpie de fusion ?

Lorsqu’un composé chimique ou un mélange est utilisé dans l’industrie, il est important de connaître son état physique en fonction de la température et de la pression. Cette détermination consiste la plupart du temps à établir le diagramme de phase de l’échantillon dans le domaine de température et de pression où il sera utilisé. En complément, la connaissance de l’enthalpie de fusion permet le dimensionnement des installation sur le plan énergétique dans le cas où un changement de phase est souhaité.

Chez Calnesis, nous déterminons les enthalpies de fusion par DSC sur une très large gamme de température (-80 à 600~°C). Néanmoins, cette mesure nécessite de provoquer la solidification de l’échantillon par refroidissement, ce qui peut être complexe en fonction des échantillons.

Jean-Claude Neyt, Directeur et Responsable Laboratoire, Calnesis

Comment mesurer l’enthalpie de fusion ?

Le plus souvent cette chaleur de changement d’état est déterminée par DSC (calorimétrie différentielle à balayage). Pour cela, quelques milligrammes d’échantillon sont introduits dans un creuset placé dans l’appareil. En fonction de l’état physique de l’échantillon à température ambiante, une première étape de refroidissement peut être nécessaire pour solidifier l’échantillon. Après cela, l’échantillon subit une élévation de température contrôlée.

L’intégration du flux thermique lors du pic de fusion permet d’obtenir l’enthalpie, exprimée en J/g ou J/mol dans le cas de corps purs.

Sans changement d’état, le flux de chaleur mesuré pendant une rampe de température correspond uniquement à la chaleur nécessaire au réchauffement du composé: c’est sa capacité thermique. Lorsque le point de fusion est atteint, un flux de chaleur endothermique important est mesuré. Il correspond à l’enthalpie de fusion de l’échantillon. L’emplacement de ce pic enthalpique est déterminé par la méthode dite Onset, et définit le point de fusion, ou la température de fusion. L’intégration du pic enthalpique obtenu permet de déterminer l’enthalpie de fusion de l’échantillon.

Pour certains échantillons, aucune fusion n’est observée expérimentalement car l’élévation de température provoque la dégradation thermique de ces derniers avant qu’une fusion n’ait lieu.

Clément Duprat, Ingénieur en contrat de professionnalisation, Calnesis