Nanothermites : synthèse et combustion

Les nanotechnologies représentent une thématique d’actualité et permettent de multiples avancées dans de nombreux domaines comme en l’occurrence le contrôle de la structure des matériaux énergétiques. Les matériaux à l’échelle nanométrique sont connus pour être différents de ceux à l’échelle micrométriques en ce qui concerne leurs propriétés physiques, chimiques et électriques. Le point de fusion, la chaleur de fusion, la température d’ébullition, entre autres propriétés thermophysiques et thermodynamiques, changent radicalement lorsque les diamètres des particules sont inférieurs à 10 nm. Les nanoparticules d’intérêt ont des dimensions caractéristiques généralement comprises entre 1 et 100 nm. Une particule sphérique ayant un diamètre de quelques nanomètres ne contient que quelques milliers d’atomes. Par conséquent, le rapport du nombre d’atomes à la surface de la particule sur les atomes du reste de la particule augmente considérablement à mesure que le diamètre de la particule diminue. Puisque les atomes surfaciques ont un nombre de coordination inférieur, les propriétés thermophysiques de ces derniers sont très différentes comparativement aux atomes non surfaciques. Lorsque le rapport devient significatif, le matériau dans sa globalité a les propriétés des atomes de surface. Par exemple, un morceau d’or macroscopique est un matériau inerte. Toutefois, si ce morceau d’or est broyé sous la forme de particules de 1 à 5 nm de diamètre, il acquiert alors d’excellentes propriétés catalytiques. Une caractéristique importante des matériaux à l’échelle nanométrique est donc l’augmentation de l’aire spécifique du matériau, ce qui permet une réactivité accrue. Cette réactivité accrue a alors conduit à s’intéresser à certaines nanoparticules métalliques pour diverses applications énergétiques. Il est clair que bientôt de nombreux domaines de la combustion seront influencés par les nanotechnologies en raison des futurs carburants, explosifs et matériaux réactifs ayant des composants nanométriques. Les avantages ne s’accompagnent pas de certains inconvénients. Ainsi certaines industries risquent un type d’explosion connu sous le vocable d’explosion de poussières (dust explosion en anglais). En résumé, les particules métalliques sont des combustibles candidats attrayants pour diverses applications de propulsion et de conversion d’énergie, principalement en raison de leur densité énergétique élevée.

Par le passé, de nombreux projets ont été conduits sur les « slurry fuels » mettant en œuvre la combustion de particules micrométriques, les technologies de broyage ne permettant pas à l’époque d’atteindre l’échelle nanométrique. Cependant, les particules de tailles micrométriques présentent plusieurs inconvénients tels que des températures d’allumage élevées et une tendance à l’agglomération, ce qui entraîne...