Présentation

Article interactif

1 - CONCENTRATION ET SURSATURATION

2 - NUCLÉATION

3 - CROISSANCE

4 - ÉVOLUTION DE LA SUSPENSION

Article de référence | Réf : J2710 v2

Nucléation
Cristallisation - Aspects théoriques

Auteur(s) : François PUEL, Stéphane VEESLER, Denis MANGIN

Relu et validé le 07 déc. 2020

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La cristallisation est l’étape au cours de laquelle les cristaux acquièrent leurs propriétés physiques. Or les secteurs utilisateurs, comme l’agroalimentaire, la chimie fine, la pharmacie ou la microélectronique, attendent des cristaux des spécifications  assez élevées, d’où l’importance de cette opération de cristallisation. Cet article traite plus particulièrement de la cristallisation en solution. Il décrit tout d’abord les deux mécanismes qui y prédominent, la concentration et la sursaturation, avant de s’attarder aux processus de génération et de développement des cristaux. La croissance cristalline est ensuite étudiée, en milieu pur puis avec les effets des impuretés et des additifs.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • François PUEL : Docteur Université Claude Bernard Lyon 1 – Ingénieur ESCPE Lyon - Professeur des Universités à CentraleSupélec, Université Paris Saclay - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux EA4038

  • Stéphane VEESLER : Docteur Université Aix Marseille 3 – Ingénieur CPE Lyon - Directeur de Recherches au Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille - CINaM-CNRS, Aix-Marseille Université, Campus de Luminy F-13288 Marseille

  • Denis MANGIN : Docteur Institut National Polytechnique de Grenoble – Ingénieur ENSIC Nancy - Professeur des Universités à l'Université Claude Bernard Lyon 1 - Laboratoire d’Automatique et de Génie des Procédés UMR 5007

INTRODUCTION

Les cristaux produits industriellement dans de très nombreux domaines (agroalimentaire, chimie de spécialité, pharmacie, microélectronique, etc.) doivent répondre à des spécifications bien déterminées comme la phase cristalline, le faciès, la pureté, la solidité, la taille, etc. La cristallisation est donc pour l’industrie une opération unitaire de génie chimique très importante car c’est à ce stade que les cristaux acquièrent leur qualité physique requise pour l’application. L’homme de développement ou d’exploitation de procédés doit donc posséder de bonnes bases théoriques sur les processus de génération et de développement des cristaux.

La cristallisation est un changement d’état qui conduit, à partir d’une phase gazeuse ou liquide (solution ou bain fondu), à un solide appelé cristal, de structure régulière et organisée. Dans ce qui suit, nous traiterons de la cristallisation en solution bien que les mécanismes de cristallisation en phase vapeur et en bain fondu soient similaires.

Nous verrons en première partie que les mécanismes sont régis par deux paramètres de base : la concentration et la sursaturation. Puis nous détaillerons en seconde partie les divers mécanismes de naissance des cristaux appelés nucléation en précisant lesquels prédominent lors d’une cristallisation donnée. La troisième partie est dévolue à la croissance cristalline. Les effets des impuretés ou des additifs y sont décrits. Enfin la dernière partie est consacrée à l’évolution ultérieure des cristaux en suspension, que ce soit par transition de phase, par agglomération et brisure ou par mûrissement.

Cet article est une mise à jour de la version initiale de Jean-Paul Klein, Roland Boistelle et Jacques Dugua.

L’application de ces connaissances aux procédés fera l’objet des articles [J 2 711] et [J 2 712], dans le présent traité.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j2710


Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(359 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

2. Nucléation

2.1 Généralités

Les mécanismes de nucléation sont au nombre de cinq. Lorsque les germes sont directement issus de la solution mère, on parlera de nucléation primaire. Cette nucléation primaire pourra être de type homogène (1) si les germes se forment dans le volume de la solution, ou de type hétérogène (2) si les germes se forment sur les parois des cristallisoirs, sur l’agitateur ou sur des particules solides étrangères en suspension. En se développant les cristaux peuvent eux-mêmes promouvoir une nucléation secondaire. La nucléation secondaire surfacique (3) est un mécanisme d’arrachement de germes en surface des cristaux. La nucléation secondaire de contact (4) résulte de la libération de particules de tailles microscopiques suite à des chocs lorsque la suspension est dense. La nucléation secondaire apparente (5) concerne les cristallisations ensemencées : la semence peut libérer en suspension des débris cristallins qui feront office de germes.

Les nucléations primaires homogène et hétérogène, ainsi que la nucléation secondaire de surface présentent la particularité essentielle d’être des processus activés, nécessitant le franchissement d’une barrière énergétique, qui peut s’apparenter à une énergie d’activation. Cela se traduira par l’existence d’une limite de zone métastable propre à chacune de ces nucléations. À l’inverse, les nucléations secondaires de contact et apparente sont non activées, et peuvent se développer aux faibles sursaturations dès lors que le solide est présent.

Le lecteur trouvera en  ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(359 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Nucléation
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KASCHIEV (D.) -   Nucleation : Basic theory with applications.  -  Butterworth-Heinemann, Oxford (2000).

  • (2) - MERSMANN (A.) -   Crystallization Technology Handbook.  -  2nd edition, Marcel Dekker, New York (2001).

  • (3) - MULLIN (J.W.) -   Crystallization.  -  4th edition, Butterworth-Heinemann, Oxford (2001).

  • (4) - KASCHIEV (D.) -   Nucleation : basic theory with applications  -  Butterworth-Heinemann : Oxford, p 529 (2000)

  • (5) - GIBBS (J.) -   The Collected Works. Vol. 1. Thermodynamics  -  Yale University Press (1948).

  • (6) - VEKILOV (P. G.) -   Dense liquid precursor for the nucleation of ordered solid phases from solution  -  Crystal Growth & Design, 4, 671-685 (2004)

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(359 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

(359 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS