Citation :
A quoi sert une DSC ?
Le test DSC sert à évaluer la quantité d’énergie dégagée (ou absorbée) par une réaction chimique, ainsi que sa plage d’occurrence. Le test se fait dans une enceinte fermée sous ambiance contrôlée, soit avec de l’air, soit avec de l’oxygène pur (pour favoriser les réactions d’oxydoréduction), soit avec des gaz inertes (argon par exemple) si le produit testé possède son propre comburant ou pour éviter éventuellement les oxydoréductions.
Pourquoi l’utiliser pour tester les ‘chips’ ?
Il peut être intéressant de caractériser le pouvoir calorifique de ces chips pour le comparer à celui de la thermite puisque c'est l'hypothèse avancée.
Comment se fait le test ?
Une fraction infime de l’échantillon est placée sur une coupelle que l’on va faire monter en température de manière régulière, de 5 à 20°C/min classiquement. La température est totalement contrôlée c'est-à-dire que si la réaction est endothermique (demande de l'énergie) il faudra chauffer davantage la coupelle, si elle est exothermique (fournit de l'énergie) il faudra la refroidir. C'est pourquoi un groupe frigorifique est couplé au four pour éventuellement prendre le relai.
Que peut-on dire des tests de Harrit et al. ?
D’abord ils ont commis la grossière et incompréhensible erreur de réaliser l’essai à l’air libre. Comme l’échantillon contient du carbone, celui-ci va subir une réaction avec l’oxygène de l’air qui est exactement dans la plage testée !
Le test n'a pas été fait en atmosphère inerte pour la simple raison qu'il s'agissait de faire une comparaison avec une courbe DSC de nanothermite connue qui elle aussi avait été enregistrée à l'air. En effet, au moment ou on aborde l'analyse de la courbe DSC le fait que la réaction soit de type aluminothermique n'est plus à prouver. Cela est complètement évident compte tenu de la formation de sphérules essentiellement de Fer fondu alors que la température dans le calorimètre n'a pas été élevée à plus de 700°C. Aucune combustion de matériau organique d'un fragment micrométrique comme le sont les chips rouges ne pourrait atteindre localement la température de 1500°C de fusion du fer!
Par conséquent la question que l'on se pose en abordant les courbes DSC n'est plus de savoir s'il s'agit d'un type de thermite mais si l'on peut trancher entre nanothermite et microthermite plus usuelle!
De plus le pouvoir calorifique du carbone (charbon) est 8 fois plus important que celui ‘attendu’ de la thermite (35 kJ/g contre 3,9 kJ/g pour la thermite). Donc même très peu de carbone peut fausser grandement le résultat.
Pour s’en convaincre, regardons les courbes du charbon et de divers produits issus du traitement de déchets organiques :
Le test est tiré de l'article suivant :
Simultaneous thermogravimetric-mass spectrometric study on the co-combustion of coal and sewage sludges, M. Otero, M. E. Sánchez, A. I. García et A. Morán, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 86 (2006) 2, 489–495.
Les conditions d'essai étaient les suivantes :
- Essais en atmosphère d'air (flux de 0,1 L/min)
- Cinétique de montée en température de 5°C/min.
Pouvoirs calorifiques obtenus : 28,9 kJ/g pour C, 17,6 kJ/g pour SSV et 9,5 kJ/g pour SSL (des boues d'épuration séchées).
Ces courbes sont à rapprocher de celle proposée par les auteurs sur une 'chip' (Fig. 29 de l'article, en bleu).
L’allure de la courbe bleue est, avec ses deux pics à 290°C et 440°C, extrêmement similaire à celle du SSL. Bien sûr cela ne veut pas dire que les auteurs ont testé des boues d'épuration : simplement, l’allure de la courbe est la même ce qui prouve qu’elle n'est absolument pas une signature irréfutable. Il faut donc aller plus loin dans l'étude par une analyse quantitative.
Par rapport à l'échelle donnée, il est flagrant que la courbe obtenue reste très en deçà de celle du carbone.
En termes d’énergie totale, la ‘chip’ illustrée en bleu a dégagé 1,5 kJ/g contre 3, 6 ou 7,5 pour d’autres ‘chips’ et 28,9 kJ/g trouvés pour le charbon dans l'article d'Otero et al. C’est à la fois très inférieur et très supérieur à ce qui est attendu de la thermite (3,9 kJ/g), et surtout très variable alors que le produit est sensé être de très haute technologie, utilisant les toutes dernières techniques de pointe (au moins de 2001) d'après les auteurs.
Cette variabilité s'explique aisément par le fait qu'une fraction des chips, la couche grise est inerte: Fer plus ou moins oxydé et que la fraction de cette couche grise varie d'un chips à l'autre. Précisons que les auteurs n'ont jamais passé sous silence le fait qu'une contribution de matériau organique puisse fausser en contribuant de façon importante à l'énergie totale libérée. L'important est que sachant que la nature de réaction thermitique est déjà établie, ces sources d'erreur ne vont pas nous empêcher de répondre à la nouvelle question cruciale: thermite ou nanothermite?
En termes de puissance, c’est tout aussi peu concluant puisque la puissance dégagée est 3 à 4 fois moindre que celle des produits carbonés : comme la montée en température est de 5°C/min pour les tests sur le carbone, il faut théoriquement multiplier par deux les puissances sur les courbes en noir pour pouvoir les comparer avec celles de Jones (cinétique de 10°C/min). Dans la pratique, le facteur multplicatif sera situé entre 1,5 et 2 car les rendements de la réaction peuvent varier avec la cinétique de montée en temprérature.
Remarquons aussi que la montée en puissance est tout aussi prononcée (et donc la réaction rapide) pour le SSL que la 'chip'.
Cette thermite est donc très faiblarde que ce soit en termes d'énergie ou de puissance pour affaiblir notablement les colonnes du WTC. Sauf bien sûr à en mettre des quantités très importantes...
Effectivement l'amplitude du pic de même que la surface totale sous la courbe sont supérieures pour le SSL: donc le SSL a non seulement une densité d'énergie supérieure mais aussi une densité de puissance supérieure pas seulement à celles des chips mais aussi celles connues pour de la nanothermite!
Paradoxal? comment de la simple boue d'épuration pourrait être plus puissante qu'un explosif de très haute technologie?! En fait cela n'a pas de sens de comparer ces énergies et puissances pour un matériau qui libère son énergie en se consumant avec l'oxygène de l'air, le SSL, et la thermite qui réagit avec elle même (comporte à la fois l'oxydant et le réducteur). Car la puissance du SSL doit dépendre de sa capacité à brûler rapidement , autrement dit du rapport Surface/Volume que le fragment analysé présente, donc de ses dimensions: autrement dit plus il est petit plus le fragment de SSL sera puissant et même plus puissant que de la nanothermite tandis qu'un kilo de ce SSL se consumera pendant de longues minutes (S/V petit): rien à voir avec le kilo de nanothermite qui libèrera son énergie presque aussi brutalement que le fragment micrométrique. Cela n'a donc aucun sens de comparer les puissances et énergies du SSL avec celles de la nanothermite.
Quant à la durée de la réaction du SSL si on devait interpréter physiquement la largeur à mi hauteur du pic du redchip comme représentative de cette durée , celui-ci étant deux fois plus etroit que celui du SSL à une même rampe de montée en température de 5°C/min , on serait tenté de dire qu'il n'y a pas de confusion possible. Mais d'après un expert que je viens de contacter sur ce point "on utilise la largeur à mi-hauteur sur un pic de fusion pour définir le temps de réponse d’un DSC" et ce ne serait donc pas un paramètre physique pertinent pour caractériser la réaction. Pour en apprendre plus sur la cinétique d'une réaction il faudrait refaire la courbe DSC pour plusieurs programmations différentes de la rampe et combiner les résultats.. La thermite n'a rien de faiblard! Mais là n'etait pas la question!
Ce qui saute aux yeux et montre que nous avons affaire à de la nanothermite plutot qu'à de la banale thermite, c'est que le pic se situe à peine au dessus de 400°C, donc très inférieur à 900°C pour de la thermite normale. Au delà de 500°C tout est terminé, et il ne doit plus rester d'Aluminium non oxydé: effectivement pas de pic endothermique de fusion de l'Alu vers 650°C!
Notons que d’autres essais avec de l’oxygène pur peuvent permettre d’améliorer le rendement de la réaction pour le charbon : il est possible alors de monter jusqu'à 35 kJ/g pour du charbon bitumineux mais qui n'est certes pas le même que le précédent (Heat Content of Coal by Pressure DSC Robert L. Hassel, Ph.D.TA Instruments, 109 Lukens Drive, New Castle, DE 19720, USA).
La nano-thermite de plus près...
Observons dans un premier temps les constituants de cette fameuse nano-thermite : ils semblent très différents de ceux présentés dans l’article !
Dans la formule nécessaire pour lancer la réaction :il nous faut...
Tout d'abord l'aluminium (Al) à des tailles nanométriques :
Image extraite de :
Florida State University college of arts and sciences, Stability and degradation process of energetic materials, by Melissa Mileham, a Dissertation submitted to the Department of Chemistry and Biochemistry, in partial fulfillment of the requirements for the degree Doctor of Philosophy
Ensuite de l’oxyde ferrique (Fe203) :
Image extraite de :
Enhancing the rate of energy release from nano energetic materials by electrostatic enhanced assembly, Soo H. Kim et Michael L. Zachariah, Advanced Materials, 2004.
Pourquoi les auteurs ne nous ont pas montré d'autres images de nano-thermite et de leurs composants ? Sont-elles trop différentes de leurs échantillons ?
Il y en pourtant abondamment dans la littérature scientifique !
Parceque l'Aluminium ne se trouve pas sous formes de particules rondes mais plates et micrométriques dans le cas des chips: rien d'impossible ni de
surprenant à cela même si cela ne correspond pas au cas de figure le plus souvent rencontré. Précisons que les particules de Fe2O3 des redchips
sont bien nanométriques (~100nm) ce qui suffit pour avancer que nous avons bien affaire à de nanotechnologie.
Les DSC des matériaux thermitiques…
Voyons maintenant ce que donne un test DSC sur un échantillon de thermite...
Tiré du document :
Characterizing Energy Transfer using an Infrared Camera from a Reacting Nano -Composite Thermite Embedded in a Steel Target by Charles Crane, B.S.M.E. A Thesis In MECHANICAL ENGINEERING Submitted to the Graduate Faculty of Texas Tech University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of MASTER OF SCIENCES IN MECHANICAL ENGINEERING - 2009.
La cinétique de montée en température est de 10°C/min, comme pour Jones et ses coauteurs, mais l'allure est très différente de celle qu'ils ont présentée ! En fait, dans les différents articles traitant du sujet, la position et l'intensité des deux pics dépend grandement de la taille des constituants.
Mais en regardant y de plus près, il est aussi notable que quelque soit le matériau thermitique (par exemple aluminium et oxyde de molybdène) un pic endothermique (vers le bas) est observé la plupart du temps à 660°C. Cela traduit la fonte de l'aluminium.
Mais pas toujours! la courbe jaune parmis les courbes de differentes nanothermites plus bas ne manifeste pas ce pic!
Dommage que la courbe rouge de référence (Tillotson 2001) s'arrête sur l'article de Jones avant cette température cruciale, heureusement d'autres sont plus complètes. J'ai retrouvé l'article de Tillotson - Journal of non-cristalline solides - pp348-355 - mais il n'est pas précisé le type d'atmosphère utilisée... d'où peut être l'erreur commise par les auteurs ?
Tiré du document :
Combustion characteristics of Al nanoparticles and nanocomposite al+MoO3 thermites, par John Josepg Granier, B.S.M.E., M.S.M.E., MECHANICAL ENGINEERING, Submitted to the Graduate Faculty of Texas Tech University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of DOCTOR OF PHILOSOPHY.
A noter que ces tests sont effectués sous atmosphère d'argon... Le pic endothermique a tendance à s'atténuer avec l'augmentation de la finesse des particules d'aluminium. La présence d'oxygène peut aussi dans certains cas le réduire.
Et oui donc rien de très anormal à l'absence de ce pic endothermique (cf courbe jaune)
Mais où est donc ce pic endothermique sur les courbes proposées par Jones et ses coauteurs à la figure 19 de l'article ?
Ce serait un sacré coup de chance que tout l'aluminium ait réagi lors du pic exothermique ! Et si c'est dû au fait que l'essai a été fait en atmosphère d'air ambiant, ce serait une double faute de la part des auteurs !
D'autres nano-matériaux thermitiques…
Il est aussi possible de trouver d'autres types de nano-thermites...
Fig. 5. Scanning electron microscopy images of different thermite compositions prepared by mechanical mixing of starting nano-sized components in a liquid solvent: a) Al–MoO3; b) Al–Bi2O3; c) Al–WO3; and d) Al–CuO
Tiré du document :
Metal-based reactive nanomaterials, Edward L. Dreizin, Department of Chemical Engineering, New Jersey Institute of Technology, Newark, NJ 07102, USA, Progress in Energy and Combustion Science 35 (2009) 141–167
Les images au microscope électronique donnent toutes sensiblement la même allure. Par contre, elles sont très différentes de celles fournies pour les 'chips' rouges.
Il existe une très grande variété de ces nanothermites
Concernant les sphères métalliques…
Que des sphères se trouvent dans les poussières, rien d'anormal... dire le contraire serait malhonnête.
Pas en telles quantités et avec la signature Fer-Aluminium fréquemment observée...c'est affirmer le contraire qui est malhonnête
Que des sphères apparaissent après exposition à la torche oxyacétylène (même mini), rien d'anormal.
Que des sphères apparaissent lors d'un test sensé s'arrêter à 700°C, alors là, c'est très mystérieux ! En effet, un test DSC correctement calibré doit suivre la courbe de montée en température prévue. Aucune chance donc de faire fondre de l'acier, sauf erreur de manipulation !!
Il n'y a pas eu d'erreur de manipulation puisque l'appareil n'est tout simplement pas monté au delà de 700°C, si la température de fusion du Fer (1500°C) a été atteinte c'est que c'est la réaction qui l'a produite et cela réduit à néant toutes les critiques formulées dans cette page!
Une précision juste pour les trolls!!: le fait que le DSC soit contrôlé à une température de 700°C ne signifie pas du tout que l'échantillon n' a pas pu atteindre beaucoup plus!! il est évident que la température contrôlée d'un DSC est celle d'une chambre de plusieurs cm^3 dans laquelle une poussière micrométrique peut atteindre (très localement) beaucoup plus sans que cela affecte très significativement la température de la chambre! Lorsqu'un echantillon quelconque réagit, en général très rapidement en comparaison des échelles de temps sur lesquelles varie la courbe du DSC, sa température atteint toujours momentanément des valeurs très différentes de celle qui est contrôlée dans la chambre et dailleurs la courbe du DSC ne pretend absolument pas suivre dans le temps le dégagement d'énergie beaucoup trop bref mais cette énergie totale progressivement libérée dans la totalité de la chambre peut être évaluée précisément et tendrait à induire des minimes fluctuations de température que justement le DSC compense pour rester globalement à la température contrôlée.
Cela constitue le tout dernier et vraiment seul mystère de la 'chip' mystérieuse !!
C'est un point fondamental et central, curieuse inversion des arguments de la part de bastison
Car pour ce qui est de la provenance de ces 'chips' il n'y a plus grand suspens, surtout en comparant les images fournies dans cet article réalisé par des chercheurs français et brésiliens (Incorporation of kaolin fillers into an epoxy/polyamidoamine matrix for coatings, A. Astruca, E. Joliff a, J.-F. Chailana,*, E. Aragona, C.O. Petterb, C.H. Sampaiob, Progress in Organic Coatings 65 (2009) pp158–168) avec celles de Jones et ses coauteurs. Même floues, les images sont assez ressemblantes, ou tout du moins, sont loin de remettre en cause l'hypothèse de la peinture pour la couche rouge des 'chips'.
L'idée même qu'une peinture puisse réagir à 400°C en produisant des microsphères de Fer fondu est d'une totale absurdité! Toutes ces ressemblances ne peuvent donc être que trompeuses!
|
FORUM HardWare.fr
) 
![[:croquignol]](https://forum-images.hardware.fr/images/perso/croquignol.gif "[:croquignol]")
)![[:romf]](https://forum-images.hardware.fr/images/perso/romf.gif "[:romf]")
![[:bien]](https://forum-images.hardware.fr/images/perso/bien.gif "[:bien]")
![[:neo_xp]](https://forum-images.hardware.fr/images/perso/neo_xp.gif "[:neo_xp]")
