Thèse - Université de Bourgogne

Introduction
Les travaux présentés dans ce mémoire se rapportent à la mise au point d’une nouvelle
chambre d’analyse afin de pouvoir étudier l’interaction d’un gaz avec un solide par
spectroscopie infrarouge in situ. Ce dispositif a plus particulièrement été testé vis-à-vis de
l’adsorption de différents gaz purs sur une zéolithe de topologie MFI. Cette thématique de
recherche s’intègre dans une problématique plus générale développée au sein de l’équipe
« Adsorption sur Solides Poreux » depuis 1994, et qui concerne la compréhension des
isothermes à sous marche(s) susceptibles d’être observées au cours de l’interaction, à
température ambiante, d’une zéolithe modèle de topologie MFI avec certains hydrocarbures
aromatiques, notamment avec les dérivés éthyléniques. Une telle sous marche est toujours
observée au remplissage de 4 moléc.maille -1 . Ceci est observé lors de l’adsorption, par
exemple, du tétrachloroéthylène, du benzène ou encore du p-xylène qui présentent une
symétrie élevée, une structure rigide et un diamètre moléculaire du même ordre de grandeur
que l’ouverture des canaux de la zéolithe. En revanche, dans le cas de l’adsorption de
molécules qui présentent toujours une symétrie élevée mais un diamètre plus petit que celui
de l’ouverture des canaux (cas de l’éthylène), ou, dans le cas de l’adsorption de molécules de
taille équivalente à l’ouverture des canaux mais de symétrie inférieure (cas du
trichloroéthylène), les isothermes sont de type I, allure « standard » des isothermes
d’adsorption sur un échantillon microporeux. Dans le cas de l’adsorption du
tétraméthyléthylène, molécule qui présente des caractéristiques géométriques intermédiaires
entre celle de l’éthylène et du tétrachloroéthylène, l’isotherme ne présente plus une sous
marche mais un point d’inflexion au remplissage de 4 moléc.maille -1 .
Chronologiquement, le mécanisme d’interaction d’un fluide avec une zéolithe MFI a tout
d’abord été exploré d’un point de vue macroscopique, par des études thermodynamiques
effectuées dans le cadre des thèses de Fabienne Bouvier (1998) [1], Valérie François
(2001) [2] puis Véronique Bernardet (2005) [3]. Les grandeurs thermodynamiques à
l’équilibre que sont la quantité de matière adsorbée, l’enthalpie molaire d’adsorption,
l’entropie molaire d’adsorption ou encore l’entropie molaire de la phase adsorbée, ont alors
été déterminées expérimentalement par thermogravimétrie, à partir du tracé de réseaux
d’isothermes, voire d’isobares, d’adsorption-désorption, et par microcalorimétrie
différentielle, à partir des courbes de chaleur d’adsorption en fonction du remplissage. Aux
remplissages auxquels sont observées des sous marches sur les isothermes d’adsorption sont
associées systématiquement des discontinuités sur les courbes de variation d’enthalpie et
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