Cristallisation - Aspects théoriques

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.