Mesure de la capacité thermique massique isobare
Analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC)

1 - DSC : principes, matériels, techniques expérimentales

• 1.1 - ATD, DSC
  Figure 1 - Montage d'un appareil d'analyse calorimétrique différentielle
• 1.2 - Principe de base de l'analyse thermique différentielle ou ATD
  Figure 2 - Évolution de la température en fonction du temps
• 1.3 - Signal calorimétrique
  Figure 3 - Représentation de T e – T r en fonction de T Figure 4 - Allure d'un thermogramme
• 1.4 - Calorimétrie à flux de chaleur
  Figure 5 - Calorimètre de Tian-Calvet
• 1.5 - Calorimétrie différentielle à balayage ou DSC
  Figure 6 - DSC à flux de chaleur Figure 7 - Représentation schématique des échanges thermiques Figure 8 - Exemples de têtes de mesure pour DSC à flux de chaleur Figure 9 - DSC à compensation de puissance Figure 10 - Porte-échantillon pour DSC à flux de chaleur haute température (source Netzsch) Figure 11 - Suivi de la transformation d'un acier, en fonction de la température par DSC haute température (source Netzsch) Figure 12 - DSC à contrôle de pression Figure 13 - Évolution du pic de dissociation des hydrates de méthane avec la pression (source Setaram) Figure 14 - Schéma de principe d'un DSC fonctionnant sous rayonnement Figure 15 - Thermogramme typique d'une photopolymérisation photo-initiée
• 1.6 - Techniques couplées
  Figure 16 - DSC et ATG couplées (source Setaram) Figure 17 - Déshydratation et fusion d'un sel dihydraté mises en évidence par DSC-ATG couplées (source Setaram) Figure 18 - Platine DSC pour microscope (source Linkam) Figure 19 - Décalage observé lors de la fusion de la fraction stéarique d'une huile de palme (source laboratoire PBS-LECAP, thèse A. Vuillequez) Figure 20 - Enregistrements de spectres en DRX couplée à la DSC obtenus à partir de matière grasse anhydre de lait à 4 oC (d'après M. Ollivon [3])
• 1.7 - Techniques apparentées et dérivées
  Figure 21 - Mise en évidence de la cristallisation de la carbomazépine par DSC à grande vitesse de balayage (source Perkin Elmer, HyperDSC®) Figure 22 - Mise en évidence de la transition vitreuse du polypropylène grâce à l'accroissement de la vitesse de chauffage (d'après Perkin Elmer) Figure 23 - Autre application d'une vitesse de chauffage élevée (source Perkin Elmer)

2 - Conduite des expériences

• 2.1 - Lignes de base
  Figure 24 - Ligne de base expérimentale
• 2.2 - Calibrages
  Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3
• 2.3 - Facteurs d'influence et causes d'erreurs
  Figure 25 - Influence de la masse de l'échantillon sur le pic de fusion de l'indium Figure 26 - Influence de la vitesse de chauffage sur le pic de fusion de l'indium Figure 27 - Influence de la fermeture du creuset sur l'ébullition de l'eau (d'après Mettler)

3 - Applications

• 3.1 - Mesure des enthalpies et des températures, transition de phases
  Figure 28 - Fusion de 11,84 mg d'indium chauffé à 10 oC/min analysée par DSC (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11) Figure 29 - Transition de phase et fusion de la caféine sous une pression de 1 bar (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11) Figure 30 - Transition du second ordre … Figure 31 - Mise en évidence par DSC de la transition ferro/paramagnétique du nickel (masse : 1,66 mg, gaz de balayage : azote) (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11)
• 3.2 - Polymorphisme
  Figure 32 - Diagramme d'état (partiel) de la caféine (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11) Figure 33 - Énantiotropie et monotropie : diagrammes d'état
• 3.3 - Transitions de phases dans les cristaux liquides
• 3.4 - Transition vitreuse
  Figure 34 - Les différentes transitions du cristal liquide 8CB mises en évidence par l'analyse DSC (chauffage à 5 oC/min) (source : laboratoire LDSMM, F. Roussel) Figure 35 - Variations de l'enthalpie et de la capacité thermique avec la température lors de la formation d'un verre, lors de son vieillissement et lors de son réchauffement, sans vieillissement et après vieillissement Figure 36 - Illustration de la transition vitreuse d'un polymère lors d'une montée en température Figure 37 - Influence de la vitesse de chauffage sur la transition vitreuse (source : laboratoire LECAP, thèse M. Boukined) Figure 38 - Influence du vieillissement physique sur la transition vitreuse du PEN (source : laboratoire LECAP, thèse C. Cabot) Figure 39 - Mise en évidence de la présence ou de l'absence de cristallisation froide
• 3.5 - Cristallisation froide des amorphes et des verres
  Figure 40 - Cristallisation isotherme depuis l'état fondu pour quatre paliers de température T 1 < T 2 < T 3 < T 4
• 3.6 - Cristallisation des polymères
  Figure 41 - Courbe de la fraction cristallisée d'un polymère en fonction du temps Figure 42 - Cas d'un échantillon ne cristallisant pas pendant le chauffage Figure 43 - Cas d'un échantillon cristallisant pendant le chauffage
• 3.7 - Fusion des polymères semi-cristallins
  Figure 44 - Différence d'aspect entre les pics de fusion d'un échantillon mauvais conducteur de la chaleur et d'un échantillon bon conducteur de la chaleur
• 3.8 - Réticulation d'une résine thermodurcissable
  Figure 45 - Mesure des enthalpies partielles et totale de réticulation d'une résine époxy (source : TA Instruments) Figure 46 - Taux isothermes de conversion et courbes isoconversionnelles (source : TA Instruments) Figure 47 - Stabilité à l'oxygène d'un polyéthylène
• 3.9 - Mesure du temps d'induction à l'oxygène
• 3.10 - Étude des diagrammes d'équilibre entre phases : binaires, ternaires…
  Figure 48 - Diagramme binaire présentant un eutectique : aspect des courbes d'analyse thermique [11] Figure 49 - Courbe d'analyse thermique d'un alliage ternaire Ag0,1Au0,2Sb0,7 (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11, thèse : E. Zoro)
• 3.11 - Détermination de la pureté
  Figure 50 - Détermination de la pureté d'un échantillon d'acide benzoïque (source : laboratoire Matériaux et Santé, université Paris 11)

4 - Mesure de la capacité thermique massique isobare