Les Fondamentaux de la Cristallisation et de la Précipitation

La cristallisation conduit à de la matière cristallisée,sur des domaines d'étendue très variable,de quelques nanomètres à plusieurs centimètres. Elle est provoquée par la sursaturation,générée physiquement (évaporation du solvant,modification de la température,addition d'un non-solvant),ou par réactions chimiques (déplacements d'équilibres ou activation de cinétiques). Ses processus principaux sont la nucléation,et la croissance. L'agglomération intervient,éventuellement,entre cristaux déjà développés.  Au sens de la thermodynamique,on pourrait dire que la cristallisation de la matière est une transformation liquide-solide : elle correspond à une augmentation d'entropie et conduit ainsi à un milieu plus ordonné dans le cas de solide cristallin.  Pour faciliter la compréhension et l'appréhension par les élèves de concepts qui peuvent de prime abord sembler abstraits et ardus,et éviter les fausses compréhensions,il est indispensable d'illustrer autant que possible le cours par des animations et des exercices simples.    Structure du cours :     1. Introduction    2. Équilibre Liquide-Solide    3. Nucléation     4. Croissance Cristalline    5. Bilan de population    6. Hydrodynamique des suspensions    7. Agglomération

Disciplines : Criblage, transfert de masse, chromatographie gazeuse, adsorption, filtration, distillation fractionnée, évaporation, transfert de chaleur, fluidisation, fusion, cristallisation
Mots-clés : cristal,sursaturation,nucléation,croissance cristalline,agglomération,bilan de population,thermodynamique,équilibre entre phase liquide-solide,bilan d'énergie,bilan de matière,cristallisation,précipitation
Type de document : texte,image,ressource interactive
Type de ressource : lecture,exercise
Niveau : higher education,master
Publics visés : learner,teacher
Activité induite : s'auto-former,se former,s'évaluer
Proposition d'utilisation : Objectifs pédagogiques Faire assimiler les concepts de la cristallisation en solution (sans réaction chimique), en alternant théorie et applications. Les objectifs sont : Comprendre les phénomènes mis en jeu lors d'une opération de cristallisation en solution     - Savoir quantifier un écart à l'équilibre (sursaturation)     - Savoir écrire les bilans de matière et d'énergie dans le cas d'une opération faisant intervenir un solide     - Savoir utiliser un bilan de population dans des cas simples et reconnaître les principaux termes     - Connaître les problèmes spécifiques de la mise en suspension d'un solide     - Saisir les forces en jeu, les échelles et mécanismes de l'interaction entre l'écoulement de la phase continue (liquide) et la phase suspendue.     - Diagnostiquer les phénomènes en jeu lors de l'agglomération de particules et comprendre les mécanismes.      - Prévoir l'influence des principaux paramètres opératoires sur la taille des cristaux.  Savoir mobiliser ces connaissances pour dimensionner les opérations faisant intervenir des solides et des fluides, en réponse à un cahier des charges donné.  Faire comprendre des concepts ardus par des animations et par la résolution d'exercices simples.
Auteurs ou éditeurs : Fabienne Espitalier,René David,Jacques Schwartzentruber,Fabien Baillon,Alain Gaunand,Michel Cournil,Frédéric Gruy,Ana Cameirão,Groupe des Ecoles des Mines,Ecole des Mines d'Albi,Ecole des Mines de Saint-Etienne,Ecole des Mines de Paris,Bernard Lescure,Katia Oliver,Axel Momm,Fabien Baillon