Étude des propriétés hydriques et des mécanismes d ... - sacre

Annexes
A4 : Adsorption d’azote : méthode B.E.T.
L’adsorption correspond à la fixation de gaz (adsorbât) de manière chimique ou physique sur la
surface d’un matériau solide (adsorbant). De même, la désorption correspond à la libération provoquée
ou spontanée des gaz.
La quantité de gaz adsorbée sur une surface solide, est fonction principalement de trois grandeurs
thermodynamiques :
- la température absolue, régissant l’agitation moléculaire ;
- la pression d’équilibre du gaz , correspondant à l’équilibre dynamique qui s’établit entre la
quantité de gaz adsorbé sur la surface et la pression de gaz ;
- l’énergie potentielle d’interaction entre le solide et le gaz, représentant le travail nécessaire
pour briser une liaison entre le gaz adsorbé et la surface.
Afin de simplifier le système et de favoriser le processus d’adsorption, celui-ci est généralement
réalisé en conditions isothermes à 77 K, température d’ébullition de l’azote. La courbe représentant le
volume de gaz adsorbé en fonction de la pression d’adsorption à l’équilibre à la température de 77 K
est appelée isotherme d’adsorption.
C’est à partir de cette courbe que l’on peut déterminer certaines caractéristiques de la couche de gaz
adsorbé et ensuite la surface spécifique du solide étudié.
1. Théorie B.E.T.
L’exploitation des isothermes d’adsorption et la mesure de surfaces spécifiques sont basées sur la
théorie de l’adsorption multimoléculaire proposée par S. BRUNAUER, P.H. EMETT et E. TELLER
(1938) et appelée B.E.T., du nom de ses auteurs.
Cette théorie permet d’aboutir à une équation simple d’adsorption physique d’un gaz sur un solide,
unissant le volume nécessaire pour recouvrir la surface d’une monocouche de gaz et la pression à
l’équilibre :
c.
x
( 1 x)
1 ( c 1).
x
1
Va
= ×
Equation B.E.T.
V − + −
m
avec : Va : volume total de gaz adsorbé
Vm : volume de gaz nécessaire pour recouvrir la surface d’une monocouche
x : rapport de la pression P à la pression de vapeur saturante du gaz (P/P0)
c : constante énergétique exprimant l’affinité du gaz pour la surface solide
En posant y = x / (Va.(1-x)) , dans le domaine de validité de la théorie B.E.T., soit pour 0,05 < x < 0,30
, l’équation B.E.T. peut être mise sous la forme y = α.x + β , soit :
Kévin Beck (2006) 215