Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Université Mohammed V Agdal Faculté des Sciences de Rabat Département de Chimie

Université Mohammed V Agdal Faculté des Sciences de Rabat Département de Chimie Laboratoire de Chimie du Solide Appliquée Mémoire du projet de fin d’études (PFE) Filière : SCIENCE DE LA MATIERE CHIMIE SMC Parcours : SCIENCES DES MATERIAUX ET DES MINERAUX SEMESTRE S6 Elaboration et étude structurale des verres de compositions : (0,5-x)Li2O-xZnO-0,5P2O5 Présenté par: Jihad EL GUETTIOUI et Mouad BARGANI le 30 Mai 2014 devant les jury : Professeur Mohammed. ZRIOUIL Encadrant Professeur Mouloud ELMOUDANE Encadrant Professeur Fatima CHERKAOUI Modératrice Professeur Nacer KHACHANI Examinateur Avant propos Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Chimie du Solide Appliquée de la, Faculté des Sciences de Rabat, sous la direction 1 des Messieurs les Professeur Mohammed ZRIOUIL et Mouloud ELMOUDANE. Nous tenons à leurs exprimer notre profonde reconnaissance et gratitude, pour avoir dirigé ce travail, avec beaucoup d’intérêt et de disponibilité. Nous adressons nos vifs remerciements à Monsieur le Professeur O.SASSI de l’Ecole Normale Supérieure (ENS)-Rabat, pour son encouragement et son aide à la réalisation des mesures de la Calorimétrie à balayage (DSC). Nos respectueux remerciements s’adressent aux Professeurs Fatima CHERKAOUI et Nacer KHACHANI de la Faculté des Sciences de Rabat qui ont bien voulu accepter de juger notre Projet de Fin d’Etudes (PFE). Nos remerciements les plus respectueux à nos collègues du laboratoire de Chimie Solide Appliquée, en particulier Mlle Ahmina Wafaa qui a bien voulu nous aider à réaliser ce travail. 2 Table de matière Introduction………………………………………………………… ………………………………… 4 Chapitre I: Etude bibliographiques et généralités I-1 Historique de verre ………………………………………………………………………..6 I-2 Définition d’un verre……………………………………………………………………...7 I-3 Définition de l’état vitreux…………………………………………………………….....7 I-4 Méthodes de détermination de la température Tg………………………………………..8 I-5 Rappel sur la composition d’un verre …..……………………………………………….9 I-6 Etude bibliographique relative aux verres phosphates à base d’alcalins……. …....….11 I -7 Elaboration des verres……………….…………………………………………………13 I-8 Propriétés physiques et caractéristiques du verre……………………………………....14 I-9 Les techniques d’analyse et de caractérisation………………………………………....15 a) Diffraction des rayons X…………………………………………………..…….…15 b) Spectroscopie infrarouge……………………………………………………….….15 c) Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)…………………….....................16 I-10 Applications ……………………………………………………………………….…..16 Chapitre II: Résultats expérimentaux II-1 synthèse par voie solide………………………………………………...……………....19 II-2 Préparation des verres de système (0,5-x)Li2O-xZnO-0,5P2O5 ……………………..19 II-3 Analyse par diffraction des rayons X…………………………………………………21 II-4 Analyse par calorimétrie différentielle à balayage………………………………...…22 Conclusion…………………………………………………………………………….…....25 Références bibliographiques …………………………………………………………......26 Introduction Les phosphates représentent la principale richesse minière dans notre pays, leur exploitation et commercialisation apportent une importance capitale pour l’économie national, Les Phosphates sont présents dans plusieurs domaines : verres, céramiques, engrais, prothèse… Les matériaux vitreux et en particulier les verres de phosphates ont fait l’objet d’une recherche scientifique soutenue. Ils ont de grands intérêts technologiques en raison de leurs propriétés thermiques spécifiques [1], mais leurs applications industrielles et traditionnelles sont limitées 3 face à celles des verres silicatés, c’est à cause de leur faible durabilité et leurs températures de transition vitreuse [2] qui les rendent difficiles à élaborer et à les utiliser. Les verres phosphatés peuvent être élaborés par des techniques classiques et généralement à des températures inférieures à celles des silicates. A l’état fondu, les liquides sont fluides, ce qui facilite l’affinage des verres qui sont chimiquement très agressifs et corrodent facilement les creusets, même constitués de métaux nobles conduisant ainsi à une contamination notable des objets formés [3]. Les domaines de vitrification sont très étendus et acceptent quasiment tous les oxydes jusqu’à des compositions où P2O5 est minoritaire, contrairement aux verres silicatés dans lesquels SiO2 est majoritaire. Ainsi, sur des larges domaines de composition vitreuse, l’étude des relations structure – propriétés peut être facilement réalisée. Grâce à leurs vastes plages de vitrification, les verres de phosphates constituent des matériaux de choix pour le développement de nouvelles techniques d’analyses. Ainsi, les caractérisations structurales ont pu se développer et se multiplier dans de bonnes conditions. Dans le cadre de notre projet de fin d’étude, nous proposons d’étudier quelque compositions vitreuses existant dans le diagramme ternaire Li2O-ZnO-P2O5. Ce travail est subdivisé en deux parties dont la première est consacrée à une étude bibliographique et aux généralités sur les verres, la deuxième partie s’intéressera aux résultats expérimentaux réalisés sur quelques composés vitreux. 4 Chapitre I Etude bibliographique et généralités I-1 Historique du verre Le verre existe déjà naturellement depuis plusieurs centaines de milliers d’années, il est considéré comme l’un des plus anciens matériaux façonnés par l’homme, il est utilisé pour la première fois sous forme d’Obsidienne (roche volcanique vitreuse naturelle) pour fabriquer des outils, des armes coupantes et des bijoux, il est issu, principalement de la fusion de silicates. On ne peut parler d’une véritable activité de production du verre qu’à partir de 3500 av J-C, Les premiers verres fabriqués par l’homme sont originaires de Mésopotamie, de Syrie ou d’Égypte. Ils ne sont pas encore transparents ou translucides mais opaques, de couleur verte ou bleue [4]. 5 L’invention du soufflage (vers 50 avant J-C) a bouleversé les techniques de façonnage, ce qui a stimulé l’art verrier qui s’est répandu par la Perse en Orient. A l’Occident l’existence de l’Empire Romain a aidé à l’établissement de nombreux centres verriers, et jusqu'à la fin du 17ème siècle Venise domine le monde verrier. En France le contrôle officiel de l’industrie verrière a commencé au 16ème siècle. 1 Au 20éme siècle, le développement formidable de la science et de la technologie a promu le verre à un rang d’un matériau noble pour plusieurs applications fines, la technologie verrière utilisée actuellement à permis d’atteindre des performances remarquables dans tous les domaines. Le verre a subi une longue évolution depuis son état naturel jusqu'aux dernières innovations pensées par l'Homme. Cette progression est riche d'éléments ; il est donc indispensable de distinguer les différents procédés de fabrication, des différents types de verre et de leurs applications respectives en passant par la connaissance de leur composition chimique. I-2 Définition d’un verre A la connaissance des gens, le verre est un matériau fragile et transparent, du coté scientifique, il semble plus difficile à définir avec précision mais généralement on peut dire que « le verre est un solide non cristallin, amorphe aux rayons X, et présentant le phénomène de la transition vitreuse » I-3 Définition de l’état vitreux Traditionnellement un verre se prépare en portant les produits de départ à la fusion, le liquide ainsi formé étant refroidi à une vitesse suffisamment grande pour éviter la cristallisation. L’opération se termine le plus souvent par un recuit à basse température qui a pour but de « 6 stabiliser » le verre ainsi obtenu. (Ce n’est pas la seule méthode de préparation d’un verre; elle est considérée ici pour introduire les propriétés thermodynamiques). La figure 1 représente l’évolution de l’une des fonctions dérivées premières de l’enthalpie libre du système (le volume spécifique) pendant cette opération et la compare à la variation observée dans un processus de cristallisation normal [5]. Au point de fusion Tf: - soit la cristallisation se produit spontanément et une diminution du volume très importante est observée (courbe en pointillé), - soit le liquide surfondu : la courbe de variation du volume (en trait plein) se trouve dans la prolongation de celle du liquide ce qui est la signature d’un état d’équilibre métastable. A une certaine température Tg appelée température de transition vitreuse, qui correspond à une augmentation importante de la viscosité du liquide, la variation du volume présente une discontinuité. Le système quitte l’état métastable d’équilibre thermodynamique et devient hors d’équilibre, c'est-à-dire instable thermodynamiquement, ce qui caractérisera l’état vitreux. Toutefois, c’est un état que l’on peut qualifier de « persistant » et son évolution naturelle sera la cristallisation au bout d’un temps plus ou moins long selon le degré de stabilisation du verre. Cette « persistance » de l’état vitreux provient du fait que le temps de relaxation du verre, vers l’état thermodynamiquement stable qui est l’état cristallin, devient très important comparé au temps de l’observation. Dans cette description, la température de transition vitreuse dépendra de la vitesse de refroidissement et elle disparaîtra, tout au moins théoriquement, lors d’un refroidissement infiniment lent. 7 Figure 1: Variation du volume spécifique avec la température. Tg: température de transition vitreuse. TF: température de fusion. Pour un verre donné, la température de transition vitreuse varie avec la vitesse de la trempe : plus cette vitesse est lente, plus la valeur de Tg est faible. Il apparaît donc la notion d’intervalle de température où peut se produire la transition vitreuse avec pour corollaire le fait que les verres trempés à des vitesses différentes présenteront donc des propriétés différentes. En particulier, le degré d’ordonnancement des atomes pourra varier en fonction des conditions d’élaboration. C’est pourquoi J. Zarzycki a introduit le concept de «état de configuration », ce qui est un lien entre l’état thermodynamique du liquide figé dépendant de l’entropie de l’état de configuration et de structure. A l’évidence tout se joue lors de la transition vitreuse. [6] I-4 Méthodes de détermination de la température Tg Les méthodes utilisées de façon courante pour déterminer Tg sont la dilatomètrie, la mesure de la conductivité électrique et surtout l’analyse thermique différentielle (ATD). 8 - La dilatométrie consiste à étude de la dilatation, en fonction de la température, d’une éprouvette de verre. Les droites correspondant à la dilatation du uploads/s3/ rapport-pfe-moad.pdf