16.ingénieurie chimique 1)Chimie : généralités
1)Classification et tableau de Mendeleiev
Normalement, lorsque l’on passe de la taille de 10-7 m, 10-8 m, 10-9 m jusqu’à 10-10 m = 1 A° on franchit chaque fois un cap quantique où les lois de mécanique pure que tout le monde remarque bien deviennent des lois à proprement parler d’électro-mécanique quantique appliquée ou de chimie simple et générale. A cet étage de taille de 1 A° environ, on peut remarquer que les particules se classent par particule élémentaire, c’est l’immense découverte de Mendeleiev qui en a fait un tableau qui porte son nom.
Voici un tableau de Mendeleiev avec ses données principales de référence :
H
|
1
|
1,0079
|
Eoxy +1,-1
|
2,1 V
|
0,32 Å
|
He
|
2
|
4,0026
|
Eoxy /
|
|
0,93 Å
|
Li
|
3
|
6,941
|
Eoxy +1
|
1,0 V
|
1,23 Å
|
Be
|
4
|
9,0122
|
Eoxy +2
|
1,5 V
|
0,90 Å
|
B
|
5
|
10,81
|
Eoxy +3
|
2,0 V
|
0,80 Å
|
C
|
6
|
12,011
|
Eoxy +4,+2,-4
|
2,5 V
|
0,77 Å
|
N
|
7
|
14,0067
|
Eoxy +3,+2,+1,-1,-2,-3
|
3,0 V
|
0,74 Å
|
O
|
8
|
15,9994
|
Eoxy -1,-2
|
3,5 V
|
0,73 Å
|
F
|
9
|
18,9984
|
Eoxy -1
|
4,0 V
|
0,72 Å
|
Ne
|
10
|
20,179
|
Eoxy /
|
|
0,71 Å
|
Na
|
11
|
22,9898
|
Eoxy +1
|
0,9 V
|
1,54 Å
|
Mg
|
12
|
24,305
|
Eoxy +2
|
1,2 V
|
1,36 Å
|
Al
|
13
|
26,9815
|
Eoxy +3
|
1,5 V
|
1,18 Å
|
Si
|
14
|
28,086
|
Eoxy +4
|
1,8 V
|
1,11 Å
|
P
|
15
|
30,9738
|
Eoxy +5,+4,+3,+1,-3
|
2,1 V
|
1,06 Å
|
S
|
16
|
32,06
|
Eoxy +6,+4,+2,+1,-2
|
2,5 V
|
1,02 Å
|
Cl
|
17
|
35,453
|
Eoxy +7,+6,+5,+4,+3,+1,-1
|
3,0 V
|
0,99 Å
|
Ar
|
18
|
39,948
|
Eoxy /
|
|
0,98 Å
|
K
|
19
|
39,102
|
Eoxy +1
|
0,8 V
|
2,03 Å
|
Ca
|
20
|
40,08
|
Eoxy +2
|
1,0 V
|
1,71 Å
|
Sc
|
21
|
44,9559
|
Eoxy +3
|
1,3 V
|
1,44 Å
|
Ti
|
22
|
47,9
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,5 V
|
1,32 Å
|
V
|
23
|
50,9414
|
Eoxy +5,+4,+3,+2
|
1,6 V
|
1,22 Å
|
Cr
|
24
|
51,996
|
Eoxy +6,+4,+3,+2
|
1,6 V
|
1,18 Å
|
Mn
|
25
|
54,938
|
Eoxy +7,+6,+5,+4,+3,+2
|
1,5 V
|
1,17 Å
|
Fe
|
26
|
55,847
|
Eoxy +6,+5,+4,+3,+2
|
1,8 V
|
1,17 Å
|
Co
|
27
|
58,9332
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,8 V
|
1,16 Å
|
Ni
|
28
|
58,7
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,8 V
|
1,15 Å
|
Cu
|
29
|
63,546
|
Eoxy +2,+1
|
1,9 V
|
1,17 Å
|
Zn
|
30
|
65,38
|
Eoxy +2
|
1,6 V
|
1,25 Å
|
Ga
|
31
|
69,72
|
Eoxy +3
|
1,6 V
|
1,26 Å
|
Ge
|
32
|
72,59
|
Eoxy +4,+2
|
1,8 V
|
1,22 Å
|
As
|
33
|
74,9216
|
Eoxy +5,+3,-3
|
2,0 V
|
1,20 Å
|
Se
|
34
|
78,96
|
Eoxy +6,+4,-2
|
2,4 V
|
1,16 Å
|
Br
|
35
|
79,904
|
Eoxy +5,+4,+3,+1,-1
|
2,8 V
|
1,14 Å
|
Kr
|
36
|
83,8
|
Eoxy +4,+2
|
|
1,12 Å
|
Rb
|
37
|
85,4678
|
Eoxy +1
|
0,8 V
|
2,16 Å
|
Sr
|
38
|
87,62
|
Eoxy +2
|
1,0 V
|
1,91 Å
|
Y
|
39
|
88,9059
|
Eoxy +3
|
1,3 V
|
1,62 Å
|
Zr
|
40
|
91,22
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,4 V
|
1,45 Å
|
Nb
|
41
|
92,9064
|
Eoxy +5,+4,+3,+2
|
1,6 V
|
1,34 Å
|
Mo
|
42
|
95,94
|
Eoxy +6,+5,+4,+3,+2
|
1,8 V
|
1,30 Å
|
Tc
|
43
|
98,9062
|
Eoxy +7,+6,+5,+4,+3
|
1,9 V
|
1,27 Å
|
Ru
|
44
|
101,07
|
Eoxy +8,+6,+5,+4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,25 Å
|
Rh
|
45
|
102,9055
|
Eoxy +4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,25 Å
|
Pd
|
46
|
106,4
|
Eoxy +4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,26 Å
|
Ag
|
47
|
107,868
|
Eoxy +1
|
1,9 V
|
1,34 Å
|
Cd
|
48
|
112,4
|
Eoxy +2
|
1,7 V
|
1,48 Å
|
In
|
49
|
114,82
|
Eoxy +3,+1
|
1,7 V
|
1,44 Å
|
Sn
|
50
|
118,69
|
Eoxy +4,+2
|
1,8 V
|
1,41 Å
|
Sb
|
51
|
121,75
|
Eoxy +5,+4,+3,-3
|
1,9 V
|
1,40 Å
|
Te
|
52
|
127,6
|
Eoxy +6,+4,+2,-2
|
2,1 V
|
1,36 Å
|
I
|
53
|
126,9045
|
Eoxy +7,+5,+4,+1,-1
|
2,5 V
|
1,33 Å
|
Xe
|
54
|
131,3
|
Eoxy +6,+4,+2
|
|
1,31 Å
|
Cs
|
55
|
132,905
|
Eoxy +1
|
0,7 V
|
2,35 Å
|
Ba
|
56
|
137,34
|
Eoxy +2
|
0,9 V
|
1,98 Å
|
La
|
57
|
138,9055
|
Eoxy +3
|
1,1 V
|
1,69 Å
|
Ce
|
58
|
140,12
|
Eoxy +4,+3
|
1,1 V
|
1,65 Å
|
Pr
|
59
|
140,9077
|
Eoxy +4,+3
|
1,1 V
|
1,65 Å
|
Nd
|
60
|
144,24
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,2 V
|
1,64 Å
|
Pm
|
61
|
147
|
Eoxy +3
|
|
1,64 Å
|
Sm
|
62
|
150,4
|
Eoxy +3,+2
|
1,2 V
|
1,62 Å
|
Eu
|
63
|
151,96
|
Eoxy +3,+2
|
|
1,85 Å
|
Gd
|
64
|
157,25
|
Eoxy +3
|
1,1 V
|
1,61 Å
|
Tb
|
65
|
158,9254
|
Eoxy +4,+3
|
1,2 V
|
1,59 Å
|
Dy
|
66
|
162,5
|
Eoxy +4,+3
|
1,2 V
|
1,59 Å
|
Ho
|
67
|
164,934
|
Eoxy +3
|
1,2 V
|
1,57 Å
|
Er
|
68
|
167,26
|
Eoxy +3
|
1,2 V
|
1,57 Å
|
Tm
|
69
|
168,9342
|
Eoxy +3,+2
|
1,2 V
|
1,56 Å
|
Yb
|
70
|
173,04
|
Eoxy +3,+2
|
1,1 V
|
1,70 Å
|
Lu
|
71
|
174,97
|
Eoxy +3
|
1,2 V
|
1,56 Å
|
Hf
|
72
|
178,49
|
Eoxy +4,+3,+2
|
1,3 V
|
1,44 Å
|
Ta
|
73
|
180,9479
|
Eoxy +5,+4,+3,+2
|
1,5 V
|
1,34 Å
|
W
|
74
|
183,85
|
Eoxy +6,+5,+4,+3,+2
|
1,7 V
|
1,30 Å
|
Re
|
75
|
186,207
|
Eoxy +7,+6,+5,+4,+3
|
1,9 V
|
1,26 Å
|
Os
|
76
|
190,2
|
Eoxy +8,+6,+4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,26 Å
|
Ir
|
77
|
192,22
|
Eoxy +6,+4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,27 Å
|
Pt
|
78
|
195,09
|
Eoxy +6,+4,+3,+2
|
2,2 V
|
1,30 Å
|
Au
|
79
|
196,9665
|
Eoxy +3,+1
|
2,4 V
|
1,34 Å
|
Hg
|
80
|
200,59
|
Eoxy +2,+1
|
1,9 V
|
1,49 Å
|
Tl
|
81
|
204,37
|
Eoxy +3,+1
|
1,8 V
|
1,48 Å
|
Pb
|
82
|
207,2
|
Eoxy +4,+2
|
1,8 V
|
1,47 Å
|
Bi
|
83
|
208,9804
|
Eoxy +5,+3
|
1,9 V
|
1,46 Å
|
Po
|
84
|
209
|
Eoxy +6,+4,+2,-2
|
2,0 V
|
1,46 Å
|
At
|
85
|
210
|
Eoxy +7,+5,+3,+1,-1
|
2,2 V
|
1,45 Å
|
Rn
|
86
|
222
|
Eoxy +4
|
|
2,14 Å
|
Fr
|
87
|
223
|
Eoxy +1
|
0,7 V
|
Å
|
Ra
|
88
|
226,0254
|
Eoxy +2
|
0,9 V
|
Å
|
Ac
|
89
|
227
|
Eoxy +3
|
1,1 V
|
Å
|
Th
|
90
|
232,0381
|
Eoxy +4
|
1,3 V
|
1,65 Å
|
Pa
|
91
|
231,0359
|
Eoxy +5,+4
|
1,5 V
|
Å
|
U
|
92
|
238,029
|
Eoxy +6,+5,+4,+3
|
1,7 V
|
1,42 Å
|
Np
|
93
|
237,0482
|
Eoxy +6,+5,+4,+3
|
1,3 V
|
Å
|
Pu
|
94
|
242
|
Eoxy +6,+5,+4,+3
|
1,3 V
|
Å
|
Am
|
95
|
243
|
Eoxy +6,+5,+4,+3
|
1,3 V
|
Å
|
Cm
|
96
|
247
|
Eoxy +3
|
|
Å
|
Bk
|
97
|
247
|
Eoxy +4,+3
|
|
Å
|
Cf
|
98
|
249
|
Eoxy +3
|
|
Å
|
Es
|
99
|
254
|
Eoxy /
|
|
Å
|
Fm
|
100
|
253
|
Eoxy /
|
|
Å
|
Md
|
101
|
256
|
Eoxy /
|
|
Å
|
No
|
102
|
254
|
Eoxy /
|
|
Å
|
Lr
|
103
|
257
|
Eoxy /
|
|
Å
|
On peut remarquer comme données que l’on peut centraliser au niveau des particules élémentaires qu’il y a l’électronégativité, le nombre d’électrons, la masse élémentaire, les étages d’oxydation les plus fréquents, rayon covalent approximatif. On peut également remarquer que chaque ligne du tableau de Mendeleiev représente le nombre de couches électroniques quantiques. Les différentes colonnes représentent quant à elle les différents nombres d’électrons dans les étages électroniques possibles. C’est par ce tableau que l’on peut remarquer la meilleure standardisation qu’en science on peut observer pour toutes les particules élémentaires.
2)Etats gazeux, liquide et solide
Dans les états physiques et chimiques possibles, on peut remarquer qu’il existe macroscopiquement 3 états principaux, il s’agit des états gazeux, liquide et solide.
L’état gazeux consiste en des molécules qui sont dans un espace avec plus de place disponible que le minimum par rayon covalent approximativement. Les molécules s’entrechoquent entre elles de manière aléatoire microscopiquement et une pression où il existe de la compressibilité est observée au niveau macroscopique. La température observée représente quantiquement la vitesse élémentaire au carré représentative de la force d’un choc. On a presque toujours la loi des gaz parfaits qui est d’application : P V = n R T qui pour un groupe de molécules différentes devient P/ρ = r T en mécanique. En chimie, R est constant pour tous les gaz et vaut 8.31 J/mol K et n vaut le nombre de moles.
L’état liquide consiste en des molécules qui sont dans un espace assez restreint où elles ne font que translater entre elles macroscopiquement. A plus petite échelle et observé quantiquement elles sont également en rotation sur une successions de planchers remplis. Macroscopiquement il y a à peu près incompressibilité.
L’état solide consiste en des molécules qui macroscopiquement sont presque figées (à la transmission du son près, aux contraintes près et à la dilatation près). A l’état microscopique, il s’agit de petites vibrations quantiques des atomes liés fixement entre eux.
3)Saut quantique de différentes sortes de noyaux et classification des matières
D’un noyau à l’autre, ce sont 2 éléments qui sont différents. En électro-mécanique, chaque atome qui est un noyau avec ses électrons garde toujours ses caractéristiques propres et ne peut être changé sauf par l’association de plusieurs ou réaction chimique. Seule la physique nucléaire dont je ne parle pas ici tente de créer des nouveaux noyaux à partir d’ancien dans le but de récupérer de l’énergie. En regardant les étages d’oxydations possibles, on peut prévoir à peu près les réactions possibles, mais seule l’expérience d’un chimiste ou celle obtenue en consultant un ouvrage de chimie permet de certifier à peu près correctement les réactions. Les réactions chimiques sont donc comparables à des recettes qu’il faut connaître dans le « grand livre du chimiste » qui est le résultat d’une approche généralisée d’expériences.
4)Liaison chimique dite ionique ou dite covalente
Entre la mécanique et l’électricité, il y a constamment tiraillements dans le secteur de la chimie. Un approche théorique permet de dire si c’est l’électrique ou le mécanique qui est le plus représentatif d’un état chimique. Il existe défini une énergie ionique (ou électrique de base) et une énergie covalente (ou mécanique d’inertie ou de force ou magnétique de base il me semble). Les observations mesurées amènent alors à dire que la liaison est plus ou moins covalente ou ionique en déterminant un pourcentage approximatif pour information.
5)Réactions chimiques
Les connaissances de base de la chimie se sont au fur et à mesure rassemblées sous la forme d’équations chimiques que l’on appelle réactions chimiques. Il s’agit de placer plusieurs corps entre eux-mêmes et alors il y a changement de la chimie de ces corps et création d’un ou plusieurs nouveaux corps avec les conditions d’ambiance définie.
Ces corps comprennent à la base les composants de base plus ou moins organisés. C’est le répertoire de tous les composants chimiques dont la chimie organique rassemble déjà une partie très importante. Lavoisier a trouvé que ces composants de base restaient conservés en théorie, et pratiquement toujours en pratique, ce qui est défini par la conservation de masse pour chacun des composants élémentaires du tableau de Mendeleiev. C’est ce qui est toujours utilisé par les chimistes pour doser les réactifs et qui fonctionne très bien.
La réaction chimique peut donc avoir comme définition que c’est un ensemble de réactif(s) chimique(s) (à partir du tableau de Mendeleiev de toutes les composants de base) et de condition(s) environnementale(s) qui s’arrangent en un ou plusieurs autres produits qui sont créés avec une certaine cinétique (voir paragraphe ci-après). C’est l’expérience (le grand livre des chimistes) et la théorie (dosage et conservations des composants de base) qui définit le savoir de la chimie en tant que science.
Exemple : la combustion de l’hexane, composant de l’essence pétrolière :
C6H14 + 9,5 O2 6 CO2 + 7 H2O
ou
2 C6H14 + 19 O2 12 CO2 + 14 H2O
L’équilibre des équations est normalement réalisé et il correspond à des concentrations d’équilibre entre les réactifs et les produits. Il peut être pré-estimé en tenant compte de l’énergie d’activation de Gibbs (voir paragraphe ci-après) mais doit toujours être vérifié expérimentalement. La concentration des composants définit alors la constante d’équilibre de la réaction qui a la valeur du produit des concentrations des produits divisé par le produit des concentrations des réactifs en leur accolant comme exposant le nombre de fois qu’ils apparaissent dans l’équation chimique.
Exemple :
[C6H14][O2 ]9,5
Kéq = ______________
[CO2]7 [H2O]7
Dans ce cas, comme les produits se dispersent il y a combustion totale de tous les réactifs. En général, ces constantes d’équilibre sont utilisées dans les laboratoires et les composants sont dissous dans l’eau et l’on observe alors l’équation d’équilibre respectée exactement.
C’est donc l’expérience et la conservation de celle-ci qui dirigent la connaissance complète des chimistes. L’invention en chimie, la nouveauté est cependant gouvernée par l’adaptabilité d’anciennes équations placées dans de nouvelles équations puis vérifiés et ajoutées au savoir-faire global. Il ne faut pas avoir peur que de nouvelles équations fonctionnent mal ou pas du tout, c’est le lot de la recherche de pointe : pour tout chercheur, c’est toujours la même chose, il y a une part de réussites et une part d’échecs.
6)cinétique chimique y compris loi d’Arrhenius et catalyse
Les réactions chimiques qui se passent ne sont pas directement et totalement instantanées. Il y a une certaine dynamique à la réaction. Cette dynamique est étudiée approximativement par la cinétique chimique qui s’occupe de la concentration des réactifs ou plus souvent de un des réactifs. On a alors défini un ordre de réaction qui est représentatif de la vitesse. C’est une caractéristique qui est principalement expérimentale.
En voici un exemple explicatif :
Soit la réaction A + B <-> C + D
On définit la vitesse v de la réaction par :
v = q [A]n avec n l’ordre de la réaction
pour cette réaction, il y a donc avec q trouvé expérimentalement :
si un ordre 0 est constaté : [A] = [A]0 – q t
si un ordre 1 est constaté : ln([A] / [A]0) = - qt
si un ordre 2 est constaté : 1/[A] = 1/[A]0 + qt
Dans la majorité des cas, la vitesse de réaction est remarquée comme dépendant de la température. C’est la loi d’Arrhénius qui est alors d’application pour la vitesse de réaction q :
q = A e-Ea/RT avec Ea : énergie d’activation, R Cst des gaz parfaits et T température en Kerlvin
A est un facteur expérimental représentatif des collisions intermoléculaires
La catalyse est un composant qui améliore la vitesse de réaction ou qui rend la réaction possible, en créant d’habitude un composant temporaire intermédiaire et 2 réactions chimiques successives qui ne modifie par la réaction chimique et sa thermodynamique reste même identique. L’énergie d’activation est alors diminuée. En bio-chimie, les hormones, les enzymes en sont des applications pratiques et courantes.
7)eau et pH
L’eau est le composant principal en chimie de base. Il est composé d’un élément central qui est l’oxygène et de deux ions d’hydrogène qui remplissent ses orbitales à seulement 2. L’eau est alors de masse moléculaire 18 et de formule chimique H2O.
En chimie quantique, on peut voir que l’eau liquide est une sorte de suites de planchers de billes d’éléments élémentaires H2O. Pour ses propriétés électriques, on consultera l’interface chimie et électricité mais on se souviendra très bien de la propriété de l’eau de solvant qui sépare toujours des ions par les anions + et les cations – pour les composants groupés de base. L’eau est ainsi l’élément chimique de base qui a des propriétés mécaniques spéciales et pas une prédominance majeure électrique qui permet aux cellules en biologie de créer, de maintenir et de supprimer la vie.
Pour la séparation des ions en physique, l’élément H+ est fondamental au point que tous les fluides aqueux en ont une particularité plus ou moins différenciée mais importante qui est définie par le pH. Celui-ci est défini par la formule :
pH = - log[H+] = - log[H3O+] , la concentration est définie en molécules-grammes par litre
Expérimentalement, on voit que l’eau neutre a un pH de 7 (précisément 6,81 à 37 °C)
et que [OH-] = [H+]
On a pour l’eau, l’autoprotolyse de l’eau qui est la réaction :
2 H2O <-> H3O+ + OH- dont la constante d’équilibre à 25°C vaut 10-14
8)Acides et bases
Un acide est défini comme un fluide ou corps ayant un nombre pH plus faible que 7. C’est une propriété chimique de corrodant fort et très utile à certaines réactions. Le nombre pH le plus faible est de 0 pour un acide très très fort..
Une base est défini comme un fluide ou un corps ayant un nombre pH plus fort que 7. Pour une base, c’est le composant OH- qui a alors le plus d’importance et il agit comme un nettoyant massique ou déboucheur. Le nombre pH le plus fort est de 14 pour une base très très forte.
9)oxydoréduction dit Redox
En chimie, les équations doivent être équilibrées en composants élémentaires, mais il faut aussi que la réaction soit possible. Pour ce faire, seule l’expérimentation définitive est correcte mais il existe par la définition d’états d’oxydation des caractéristiques des atomes élémentaires qui doivent pratiquement toujours être vérifiées. Ces états d’oxydation (ou nombre d’électrons en plus ou en moins dans la liaison ionique et covalente de cet atome dans groupe d’atomes) sont toujours pris en considération majeure pour un bon chimiste. C’est le cas pour toutes les équations chimiques. Parfois la réaction impliques un déséquilibre du nombre d’électrons présents dans les liaisons chimiques, il doit donc y avoir apport d’électrons (condition d’environnement) qui peut se faire par un potentiel appliquer qui doit au moins avoir une valeur, c’est ainsi qu’apparaît la notion d’électro-négativité que les expériences ont montré que cette notion était surtout une caractéristique des groupes d’atomes. Il existe cependant un niveau de potentiel à chaque atome qui est son électro-négativité, les potentiels de groupes d’atomes se trouvent dans le grand livre des chimistes. Pour aller plus loin dans la compréhension du phénomène de Redox, le lecteur consultera le paragraphe sur l’effet Redox dans la partie électrique.
Pour calculer la quantité de moles déposées par l’oxydo-réduction, comme cela se fait en art d’orfèvre, on utilise la formule suivante :
m(gr) = (1/ F(cb/mole) ) (M(gr/mole)/ Nbr valence( )) q(cb)
== (1/ F(cb/mole) ) (M(gr/mole)/ Nbr valence( )) I(A, cb/s) t (s)
avec F = 96500 cb/mole
10)Energie d’enthalpie de Helmoltz et énergie de Gibbs
L’enthalpie de Helmoltz est pour une réaction élémentaire l’énergie est dégagée ou absorbée dans une réaction à pression constante. Chaque groupe d’atome possède une enthalpie élémentaire et c’est le bilan net de cette équation d’énergie qui réalise si l’effet de la réaction est exogène ou endogène. Par définition l’enthalpie de chaque élément de base ou groupe stable de même éléments de base vaut 0.0 J/mole. L’enthalpie pour les éléments d’une réaction se retrouve dans des tables de thermodynamiques.
Tous les éléments sur terre ont donc une enthalpie qui définit leur niveau d’énergie que l’on voit en science à pression constante. C’est évidemment le cas pour la nourriture qui permet alors par cette loi de chimie de faire d’excellents régimes ou une cure équilibrée alimentaire pour une consommation journalière d’un adulte de 16 MJoules ou 4000 Kcalories environ.
L’énergie de Gibbs vaut G = H – T S où H vaut l’enthalpie, S l’entropie ou désordre et T la température en degré Kelvin. Elle représente l’énergie à volume molaire constant. L’entropie S se retrouve dans des tables de référence approchées. A l’équilibre l’énergie de Gibbs est nulle en théorie et l’on a ainsi que probablement la constante d’équilibre d’une réaction vaut :
G = – R T ln Kéq
11)Solubilité, diffusion et mélange, porosité membranaire et capillarité
Dans l’étude d’avancement de procédés chimiques, il est parfois nécessaire d’étudier diverses réalités que voient les ensembles chimiques. A ce titre et pour la solubilité, la diffusion, le mélange, la porosité membranaire et la capillarité sont des phénomènes qui sont connus et assez bien modélisé simplement par la logique de l’état chimique et de son environnement dans chaque cas particulier. C’est en fait l’affaire d’un spécialiste.
12)Formules estimatives de Anne-Lise et Eddy d’équilibre dynamique en bi phasique eau et air
Souvent, il existe dans la nature dans certaines conditions climatiques un environnement
bio-chimique bi phasique avec de l’eau liquide et de l’air. Les relations suivantes permettent de mieux approcher cette réalité qui a parfois une très grande importance comme lors de la reproduction en biologie.
C’est la force d’Archimède généralisée qui est toujours d’application en cas d’une phase d’eau ou d’une phase d’air mais proche de l’interface, on peut utiliser les 2 formules suivantes en cours de validation et réalité de la loi de Newton appliqué à de l’eau composé d’une suite proche mais distinctes de molécules élémentaires :
La cohésion naturelle de 2 gouttes d’eau se passe à une distance qui est supérieure à la distance de 10-10 m. L’eau est donc attirée par la masse de l’eau dans une goutte d’eau proche par la loi de Newton appliquée à l’échelle microscopique. La formule approchée que l’on peut appliquer est la suivante :
δforce cchésion = L(mm) / A(mm) avec A = 0.1 mm, grelatif = 9.81 m/s2
L distance entre les gouttes
et δforce cchésion <1 => cohésion des gouttes : rapprochement, contact mutuel
δforce cchésion >1 => maintient de la non cohésion : RIEN ne se passe
La séparation naturelle en gouttes d’eau par influence de la force de gravité se passe à une distance qui est supérieure à la distance de 10-10 m. L’eau est donc attirée jusqu’à un certain point par elle-même par la loi de Newton appliquée à l’échelle microscopique pour contrer la force de gravité qui agit encore dans ce cas en opposition de cohésion. La formule approchée que l’on peut appliquer est la suivante :
δforce cchésion = L(mm) / A(mm) avec A = 2 mm, grelatif = 9.81 m/s2
L distance entre les gouttes
et δforce cchésion <1 => cohésion de l’eau : maintient unité d’une phase
δforce cchésion >1 => séparation en 2 gouttes : 2 phase liquides distinctes
13) Estimations prévisionnelles de Wohler
En mécanique, lorsque l’on étudie le vieillissement d’un composant mécanique par contrainte mécanique jusqu’à la rupture on peut utiliser la loi de Wohler. Celle-ci se baser sur le coefficient de sécurité au point mécanique le plus critique. Classiquement celui-ci est pris par les ingénieurs mécaniciens à 2.
Si le coefficient est pris à 1, la pièce a rupture après 1 sollicitation. Si le coefficient est pris à 3, la pièce a une durée de vie infinie ou pour de l’acier standard supérieur à 107 cycles de contraintes. La courbe de Wohler est une courbe de fiabilité prévisionnelle la meilleure qui existe. En ordonnée de 0 à 3 (ou plus), on place le coéficient de sécurité en linéaire. En absice, on place sur une échelle logarithmique décimale 1 , 10 , 102, 103, 104, 105, 106, 107 .qui correspond au nombre de sollicitations avant rupture. On utilise cette table comme suit : on détermine le coefficient de sécurité. Si celui-ci est supérieur à 3 alors la durée de vie est infinie. Si celui-ci est compris entre 1 et 3, l’élément mécanique supportera autant de cycles de contraintes que l’indique la courbe de Wohler. Si celui-ci est inférieur à 1, il casse à la première sollicitation.
Le chiffre 3 provient de la contrainte que perçoit une petite bulle de vide(1 atome cassé) dans le calcul mécanique de la contrainte qui est maximale sur les bords de la petite bulle de vide et qui vaut 3 fois la valeur de la contrainte moyenne de traction ou compression. Il y a ainsi avec cette contrainte vue en chimie non prolifération d’un micro défaut métallographique.
|
