De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations.

Solides à miscibilité partielle : eutectique

Dans la plupart des cas, néanmoins, les solutions solides ne peuvent exister que dans un domaine restreint de concentration : les cristaux du constituant pur ne peuvent absorber qu'une quantité limitée de l'espèce (et réciproquement).

Pour une solution solide à composition limitée, l'enthalpie libre de la solution solide tracée en fonction de sa composition a la forme d'une fonction convexe au voisinage de la composition du solide pur, mais croissant très rapidement au-delà de ce voisinage : c'est ce qui explique que la solution solide ne soit pas stable lorsqu'elle est trop chargée en soluté.

La figure ci-dessous montre l'allure des enthalpies libres du liquide (en rouge) et des deux solutions solides au voisinage de chacun des corps purs et (en bleu-vert). Nous appelons la solution solide riche en , et celle riche en . Lorsque la température augmente, la courbe représentative du liquide n'est pas modifiée, alors que les deux courbes représentant les solutions solides se déplacent vers le haut.

On a tracé sur cette figure l'équilibre entre les deux solutions solides et le liquide : il s'agit d'un eutectique[1], qui ne peut exister qu'à une seule température.

Diagramme de phases avec eutectiqueInformationsInformations[2]
Diagramme de phases avec eutectiqueInformationsInformations[3]

Exemple

Ce comportement est très fréquent en métallurgie. Un exemple est donné par le diagramme étain (Sn) - plomb (Pb) :

Diagramme d'équilibre du diagramme étain (Sn) - plomb (Pb)InformationsInformations[4]
Diagramme d'équilibre du diagramme étain (Sn) - plomb (Pb)[Zoom...]InformationsInformations[5]

D'une façon générale, lorsqu'un solide de composition définie peut dissoudre des quantités limitées d'autres espèces solides, on retrouve les mêmes formes de diagrammes que celles vues jusqu'à présent (eutectique[1], fusion congruente[6] ou incongruente[7]), mais la portion de droite verticale qui représente le solide considéré est simplement remplacée par un domaine plus ou moins large de composition (qui correspond à la solution solide).

  1. eutectique

    équilibre entre deux phases solides et une phase liquide. L'eutectique correspond à la température minimale à laquelle cette phase liquide peut exister

  2. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  3. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  4. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  5. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  6. fusion congruente

    situation dans laquelle un solide de composition définie se transforme en un liquide de même composition

  7. fusion incongruente

    situation dans laquelle un solide de composition définie se transforme en un liquide et un autre solide (point péritectique)

Jacques Schwartzentruber (EMAC) Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'IdentiqueRéalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)