D5 Analyse thermique (DSC / Dilatométrie)

Topique

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la première des deux méthodes expérimentales décrites par ce modèle, chauffe ou refroidit un échantillon de ce métal à une vitesse contrôlée tout en mesurant en continu le flux thermique échangé entre l'échantillon et une référence inerte. Lorsqu'une transformation de phase se produit dans le métal, elle absorbe ou libère de la chaleur supplémentaire, qui apparaît sur l'enregistrement sous la forme d'un pic de flux thermique. Le fait que le métal subisse une transformation de phase pendant l'essai provoque une déviation du flux thermique enregistré par rapport à la ligne de base, déviation qui persiste tout au long de l'enregistrement, formant ainsi ce pic.

L'intégrale de ce pic de flux thermique sur toute la plage de temps ou de température qu'il couvre permet de déterminer l'enthalpie de cette transformation de phase : la quantité totale de chaleur absorbée ou libérée par cette transformation, indépendamment de la quantité de chaleur échangée, pendant le même intervalle, par l'échantillon qui ne subit pas la transformation. Le fait que cette transformation de phase implique un plus grand nombre d'atomes de ce métal, pour un même échantillon, signifie que l'intégrale du flux de chaleur maximal et l'enthalpie de transformation résultante sont également plus élevées.

La dilatométrie, la seconde méthode expérimentale décrite par ce modèle, enregistre l'évolution des dimensions d'un échantillon de ce métal en fonction de sa température. À partir de cette courbe de dilatation ou de contraction, elle calcule le coefficient de dilatation thermique instantané du métal à chaque température : la pente locale de la courbe, et non un coefficient unique moyenné sur toute la plage de températures. Le fait que cet échantillon se dilate davantage, pour une même augmentation de température, implique que le coefficient de dilatation thermique instantané calculé en ce point est plus élevé.

Ainsi, ce modèle, qui repose sur la calorimétrie différentielle à balayage et la dilatométrie, réutilise les mêmes techniques déjà employées, à des fins similaires, par un autre modèle portant sur un autre ensemble de matériaux : celui qui caractérise thermiquement une céramique. Elle réutilise notamment la même dilatométrie déjà employée par un autre modèle pour un ensemble de matériaux différent, celui qui détermine, par l'intersection des pentes de cette même courbe de dilatation, la température de transition vitreuse d'un verre. Le fait que l'enthalpie de transformation mesurée par cette calorimétrie différentielle à balayage et le coefficient de dilatation thermique instantané mesuré par cette dilatométrie dépendent, dans les deux cas, d'une courbe mesurée en fonction de la température signifie que les deux techniques partagent, au-delà du matériau auquel elles sont appliquées, la même logique expérimentale sous-jacente.

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