Porosimétrie – Mesure de Porosité

Qu’est ce que la porosité d’un matériau ?

La porosité d’un échantillon solide est une grandeur physique qui quantifie le volume de ses pores, autrement dit les espaces remplis de vide, de gaz ou de fluide contenus dans l’échantillon.

La porosité d’un matériau correspond au taux de volume des pores par rapport à son volume total.

Quelle est l’unité de la porosité ? 

La porosité est une grandeur sans unité qui varie entre 0 et 1. En effet, elle est le résultat d’un quotient du volume des pores par rapport au volume total.

La porosimétrie fait partie des analyses classiques que Calnesis propose pour la caractérisation des matériaux poreux

Mickaël Simond, Président et Directeur commercial, Calnesis

Qu’est ce que la porosimétrie ?

La porosimétrie est l’étude et la caractérisation des pores des matériaux poreux. Les principales caractéristiques des pores sont :

• leur taux (porosité)
• leur distribution de taille
• leur types : de surface, ouverte, fermée, libre, totale, etc
• leur forme

Dans le jargon technique de la porosimétrie, on parle de microporosité, mésoporosité et de macroporosité. Les termes varient en fonction du diamètre des pores dont il est question. Des modèles de structures de matériaux poreux développés dans le domaine de la recherche scientifique permettent de les classifier et de les étudier en fonction de leur caractéristiques.

Pourquoi mesurer la porosité ?

La porosité est une donnée physique importante utilisée pour caractériser certains milieux ou solides. On peut citer par exemple les nombreuses études sur la porosité d’échantillons de sol ou de roche, qui est naturellement occupée par de l’eau. 

Dans le domaine de la chimie, les milieux poreux servent souvent de support physique pour des réactions chimiques spécifiques, grâce à leur grande surface spécifique. L’étude de leur porosité est donc une donnée capitale pour leur mise au point. On retrouve notamment beaucoup de travaux portant sur l’étude de la porosité des catalyseurs.

De plus, des phénomènes d’adsorption et d’absorption peuvent avoir lieu dans certains matériaux poreux. Leur étude nécessite d’avoir des informations sur la structure interne de leurs pores.

Comment mesurer la porosité au laboratoire ?

Les appareils utilisés pour les mesures de porosité sont nommés des porosimètres.

La porosimétrie par intrusion de mercure est une approche expérimentale permettant d’accéder à la distribution de la taille des pores ouverts d’un échantillons allant de 10 nm à 800 microns !

Florian Rodrigues, Chargé d’affaires R&D, Calnesis

En laboratoire, un des instruments les plus utilisés pour analyser la porosité de surface des matériaux est le porosimètre à intrusion de mercure (Hg). Il permet de mesurer les porosités ouvertes de diamètres compris entre 0,01 microns et 800 microns. Cette méthode destructive consiste à placer l’échantillon à analyser dans du mercure à différentes pressions croissantes à l’aide d’un vérin. Plus la pression du mercure augmente sous l’effet du piston, plus le mercure vient combler des pores de faibles diamètres. La mesure du volume de mercure inclus dans l’échantillon à chaque valeur de pression permet d’obtenir la distribution des tailles de ses pores ouverts. Elle permet également de calculer sa densité apparente ainsi que sa porosité ouverte totale.

Les analyses par porosimétrie par intrusion de mercure sont souvent précédées par une étape de traitement et séchage. Elle est réalisée à plus ou moins haute température et sous vide et peut être adaptée à l’échantillon à tester. Cette étape permet de désorber les composés volatiles présents initialement dans les pores des matériaux. Ces pores ainsi vidés seront accessibles au mercure pour être caractérisés.