Thèse - Université de Bourgogne

Chapitre 1
Adsorption d'un gaz sur un solide
1.1 Le phénomène d'adsorption
1.1.1 Historique
Bien que connu depuis l'antiquité, le phénomène d’adsorption a été mis en évidence en 1777
par Fontana [1] qui observa qu'un charbon fraîchement calciné puis refroidi était capable de
stocker de grandes quantités de gaz. Les premières études systématiques du phénomène furent
engagées en 1814 par les travaux de Saussure [2] qui a montré que tout gaz pouvait être
stocké dans des matériaux poreux (charbon, liège ...) et que le processus d'adsorption
s'accompagnait d’une variation de température. Il émit également l’hypothèse que la capacité
de stockage du solide dépendait de la surface spécifique de l’échantillon. En 1843,
Mitscherlich [3] mis en valeur le rôle des pores et introduisit ainsi la notion de volume
poreux, qui, avec la surface spécifique, sont des facteurs qui jouent un rôle déterminant dans
le processus d'adsorption. Mais ce n'est qu'en 1881 que le terme "adsorption" fut utilisé pour
la première fois par Kayser [4] pour rendre compte de la « fixation » des molécules d’un gaz
ou d’un liquide (espèce adsorbable) à la surface d'un solide (adsorbant).
1.1.2 Principe général de l'adsorption
L'adsorption est un phénomène exothermique qui met en jeu deux types d'interaction que sont
les interactions adsorbant/adsorbat (entre le solide et les molécules adsorbées) et les
interactions adsorbat/adsorbat (entre les différentes molécules adsorbées). Suivant la nature et
l'intensité des forces de liaisons mises en jeu, on distingue l'adsorption chimique
(chimisorption) et l'adsorption physique (physisorption) [5, 6].
L'adsorption chimique s'effectue par la formation de liaisons chimiques (covalentes ou
ioniques) entre l'adsorbat et l'adsorbant et met en jeu des énergies de l'ordre de 100 à
400 kJ.mol -1 . La chimisorption est spécifique : la formation de liaisons chimiques a lieu entre
une molécule d'adsorbat et un site spécifique de la surface. Ce processus est irréversible.
L'adsorption physique s'effectue sans formation de liaisons chimiques. Les interactions entre
les molécules et le solide sont de nature purement physique (de type Van der Waals) et les
énergies mises en jeu sont plus faibles que celles observées dans le cas de la chimisorption
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