Décomposition ou dégradation thermique

Qu’est ce que la dégradation thermique ?

La décomposition thermique (ou thermolyse) correspond à la rupture de molécules sous l’effet de la chaleur. Elle est à différencier de la combustion qui est une réaction d’oxydoréduction exothermique. La dégradation thermique est souvent une réaction endothermique, mais dans certains cas elle peut être athermique ou exothermique.

Dans l’industrie, les conditions de stabilité des composés chimiques doivent être connues. Elles correspondent aux conditions pour lesquelles aucune décomposition thermique n’intervient, même pendant des durées importantes. Cependant, les expériences réelles de vieillissement sont parfois trop longues pour être mises en œuvre. C’est pourquoi des expériences de vieillissement accéléré doivent être effectuées.

Comment la DSC permet de réaliser des études de vieillissement accéléré ?

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) permet de placer un échantillon dans des conditions contrôlées de température, de pression, d’hygrométrie et d’atmosphère gazeuse. Le flux de chaleur émis ou absorbé par l’échantillon est mesuré en continu, et permet de détecter les phénomènes de dégradation qui ne sont pas athermiques.

L’échantillon subit une rampe de température jusqu’à des températures pouvant atteindre plus de 1000 °C dans certains cas. Tant qu’aucun phénomène thermique n’a lieu, le signal thermique ne correspond qu’à la chaleur nécessaire au réchauffement de l’échantillon pour suivre la rampe de température du calorimètre (effet de capacité calorifique). La présence d’autres phénomènes thermiques sur le thermogramme indique que des modifications de l’échantillon ont probablement lieu. En fonction de l’échantillon analysé cela peut correspondre à des changements de phases, des réactions catalysées par la température ou des dégradations thermiques.

Plusieurs techniques permettent d’identifier les causes des phénomènes thermiques observées. Une première approche consiste à effectuer 2 cycles de chauffe consécutives de l’échantillon, pour voir si le phénomène observé est réversible ou non. La dégradation thermique est en effet un phénomène irréversible qui ne se reproduit pas lors d’une seconde rampe de température. Parallèlement, il est possible d’arrêter la rampe de chauffe à tout moment et d’analyser l’échantillon par des techniques analytiques classiques, afin d’en contrôler l’intégrité : HPLC, GC, MS, RMN, etc.

L’identification par DSC de phénomènes de dégradation thermiques permet de connaître les conditions pour lesquelles cette dégradation intervient rapidement. Pour estimer les conditions auxquelles un échantillon se dégradera de manière plus lente, des extrapolations doivent être effectuées.

Livrables

Le livrable de ce type d’analyse est un rapport contenant les résultats de DSC (thermogrammes) et leur analyse, ainsi que les résultats des analyses complémentaires s’il y a lieu.