Science et technique des carbones : de l'énergie aux matériaux

Auteur(s) :

Delhaes, Pierre Découvrir l'auteur

Résumé

L'histoire des connaissances des solides carbonés depuis la préhistoire (exploitation du charbon comme source d'énergie, carbochimie, sidérurgie, céramiques, charbons actifs, fibres de carbone...) et un état des lieux des dernières découvertes en nanotechnologie (carbones moléculaires) et technosciences. Les impacts économiques et sociétaux sont aussi présentés.

Éditeur(s)
- Hermès science publications-Lavoisier
Date
- DL 2012
Notes
- Lexique. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (216 p.) : ill. ; 24 cm
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-7462-4504-4
Indice
- 661 Extraction et exploitation du minerai
Quatrième de couverture
- L'atome de carbone a un rôle clé. Il peut former plusieurs types de liaisons chimiques mais également s'auto-associer pour donner un squelette carboné, caractéristiques qui sont à la base de la chimie organique, de la biochimie et de la vie.
  Science et technique des carbones présente la progression des connaissances dans les solides carbonés à partir des découvertes et inventions successives depuis la préhistoire. Le rôle essentiel joué par l'exploitation des mines de charbon au moment de la première révolution industrielle comme source d'énergie primaire est un point crucial. L'importance du carbone s'est accrue par le développement de la carbochimie pour créer des matériaux artificiels. Leurs utilisations comme matériaux traditionnels de transformation en sidérurgie et comme céramiques particulières, puis technologiques (charbons actifs, fibres de carbone...), sont successivement décrites. La découverte récente des carbones moléculaires, fleurons de la nanotechnologie, met en exergue l'avènement de la technoscience.
  Finalement, leur impact économique et sociétal est analysé en exposant l'existence de grandes transitions énergétiques associées aux cycles macro-économiques.
Tables des matières
- - Science et technique des carbones
  - De l'énergie aux matériaux
  - Pierre Delhaes
  - Bermes Science publications/Lavoisier
  - Introduction 11
  - Chapitre 1. De l'élément chimique aux solides 17
  - 1.1. Le carbone sur terre17
  - 1.2. Une petite histoire de la chimie du carbone21
  - 1.2.1. Les premières découvertes : feu, chaleur et métaux25
  - 1.2.2. L'exploitation des ressources minières27
  - 1.2.3. Usages des charbons dispersés29
  - 1.3. Présentation des solides carbones30
  - 1.3.1. Comparaison des évolutions naturelles et artificielles31
  - 1.3.2. Production et valorisation des produits carbonés33
  - 1.4. Conclusion et perspectives34
  - 1.5. Bibliographie35
  - Chapitre 2. Le polymorphisme du carbone 37
  - 2.1. L'atome de carbone et ses liaisons chimiques38
  - 2.1.1. Liaisons chimiques et phases solides38
  - 2.1.2. Les isotopes du carbone40
  - 2.2. Approche thermodynamique41
  - 2.2.1. Quelques rappels de thermodynamique phénoménologique41
  - 2.2.2. Le diagramme des états d'équilibre du carbone42
  - 2.3. Les nouvelles phases moléculaires44
  - 2.4. Les carbones non cristallins46
  - 2.4.1. Principales méthodes d'obtention47
  - 2.4.2. Evolution et caractérisations structurales49
  - 2.4.2.1. Les étapes de carbonisation49
  - 2.4.2.2. Le processus de graphitation50
  - 2.4.3. Carbones massifs homogènes53
  - 2.4.4. Carbones poreux et dispersés56
  - 2.5. Des solides aux matériaux57
  - 2.6. Bibliographie58
  - Chapitre 3. Charbons naturels : source d'énergie et carbochimie 61
  - 3.1. Sources d'énergie primaire62
  - 3.1.1. Les différentes formes d'énergie62
  - 3.1.2. Combustion des charbons naturels66
  - 3.1.2.1. Les réactions d'oxydation avec l'oxygène moléculaire67
  - 3.1.2.2. Considérations sur les cinétiques d'oxydation69
  - 3.1.3. Fabrication des ciments70
  - 3.1.4. Procédés de gazéification et de liquéfaction71
  - 3.1.4.1. Les techniques de gazéification71
  - 3.1.4.2. Les techniques de liquéfaction72
  - 3.2. La carbochimie72
  - 3.2.1. Produits intermédiaires : goudrons et brais de houille73
  - 3.2.2. Matières premières solides : cokes et graphites artificiels77
  - 3.3. L'utilisation des ressources en charbon78
  - 3.3.1. Source d'énergie primaire78
  - 3.3.1.1. Avantages et inconvénients du charbon comme source primaire d'énergie79
  - 3.3.1.2. Les nouvelles techniques de transformation et de stockage énergétique80
  - 3.3.2. Avenir de la carbochimie et des matériaux carbonés81
  - 3.4. Bilan et points essentiels81
  - 3.5. Bibliographie82
  - Chapitre 4. Rôle du carbone en métallurgie 85
  - 4.1. Principe et évolution de la sidérurgie86
  - 4.1.1. Les procédés de fabrication des fontes et aciers89
  - 4.1.2. Les carbones en sidérurgie90
  - 4.2. La fabrication de l'aluminium91
  - 4.2.1. La cuve d'électrolyse91
  - 4.2.2. Les carbones pour l'industrie de l'aluminium93
  - 4.3. La production de silicium93
  - 4.3.1. L'obtention du silicium métallurgique93
  - 4.3.2. Les électrodes de carbone94
  - 4.4. Les carbures métalliques95
  - 4.4.1. Synthèse de l'acétylène95
  - 4.4.2. Les carbures réfractaires95
  - 4.5. Conclusion et bilan96
  - 4.6. Bibliographie97
  - Chapitre 5. Céramiques noires et blanches 99
  - 5.1. Les graphites et carbones isotropes100
  - 5.1.1. Fabrication des graphites artificiels100
  - 5.1.2. Propriétés physiques globales101
  - 5.1.3. Les carbones vitreux104
  - 5.1.4. Les grands domaines d'applications105
  - 5.1.4.1. Utilisations en chimie106
  - 5.1.4.2. Dispositifs électriques et électroniques106
  - 5.1.4.3. Energie nucléaire106
  - 5.1.4.4. Caractéristiques thermomécaniques107
  - 5.2. Les pyrocarbones et pyrographites108
  - 5.2.1. Obtention des pyrocarbones (Pyc) par dépôt chimique en phase vapeur108
  - 5.2.2. Caractéristiques texturales et physiques109
  - 5.2.3. Pyrographites et analogues112
  - 5.3. Les couches de diamant113
  - 5.3.1. Procédés de dépôts en couches minces113
  - 5.3.2. Propriétés et domaines d'utilisation115
  - 5.4. Conclusion et bilan116
  - 5.5. Bibliographie117
  - Chapitre 6. Carbones disperses et poreux 119
  - 6.1. Les noirs de carbone120
  - 6.1.1. Mécanismes de formation et procédés industriels120
  - 6.1.2. Classement et caractéristiques122
  - 6.1.3. Autres particules carbonées123
  - 6.2. Mise en forme et champs d'application124
  - 6.2.1. Rappel sur les milieux hétérogènes124
  - 6.2.2. Les principaux domaines d'exploitation127
  - 6.2.2.1. Renfort mécanique dans les élastomères127
  - 6.2.2.2. Pigment noir dans les encres et peintures128
  - 6.2.2.3. Revêtements conducteurs de l'électricité128
  - 6.2.2.4. Support de catalyse hétérogène129
  - 6.2.2.5. Stockage électrochimique de l'énergie129
  - 6.3. Carbones poreux et adsorbants130
  - 6.3.1. Définitions générales130
  - 6.3.2. Les charbons actifs134
  - 6.3.3. Purification et transport en phase gazeuse136
  - 6.3.3.1. Piégeage des composés organiques volatils (COV)136
  - 6.3.3.2. Stockage de combustibles gazeux137
  - 6.3.3.3. Séparation de mélanges gazeux137
  - 6.3.4. Usages en phase liquide137
  - 6.3.4.1. Traitement des eaux usées138
  - 6.3.4.2. Fabrication de l'eau potable et industrie alimentaire138
  - 6.3.4.3. Adsorption de liquides organiques138
  - 6.3.4.4. Adsorption d'espèces métalliques139
  - 6.3.4.5. Support de catalyseurs139
  - 6.4. Conclusion et bilan139
  - 6.5. Bibliographie140
  - Chapitre 7. Fibres et composites 143
  - 7.1. Les filaments de carbone144
  - 7.1.1. Présentation historique des grandes familles144
  - 7.1.1.1. Les nanofilaments obtenus à partir d'une phase vapeur144
  - 7.1.1.2. Les fibres de carbone classiques146
  - 7.1.2. Caractéristiques texturales et propriétés physiques148
  - 7.2. Les matériaux composites151
  - 7.2.1. L'interface fibre-matrice152
  - 7.2.2. Les grandes classes de composites et nanocomposites155
  - 7.2.3. Fabrication des composites carbone-carbone157
  - 7.2.3.1. Procédé d'infiltration par voie gazeuse157
  - 7.2.3.2. Densification rapide par la technique de caléfaction158
  - 7.2.3.3. Imprégnation par voie liquide158
  - 7.2.3.4. Préparation par voie mixte158
  - 7.2.4. Applications des composites carbone-carbone160
  - 7.3. Conclusion et bilan163
  - 7.4. Bibliographie164
  - Chapitre 8. Carbones moléculaires et nanocarbones 167
  - 8.1. Synthèse et production168
  - 8.1.1. Synthèse et caractérisation des fullerènes168
  - 8.1.2. Formation et identification des nanotubes169
  - 8.1.3. Fabrication et stabilisation de rubans de graphène172
  - 8.2. Propriétés de transport et nanoélectronique174
  - 8.2.1. Transport électronique dans les nanotubes monofeuillets et les rubans de graphène176
  - 8.2.2. Transistors moléculaires et circuits logiques178
  - 8.2.3. Phénomènes quantiques associés180
  - 8.3. Physico-chimie d'interface et capteurs180
  - 8.3.1. Fonctionnalisation chimique des surfaces181
  - 8.3.1.1. Les fullerènes181
  - 8.3.1.2. Les nanotubes182
  - 8.3.1.3. Le graphène184
  - 8.3.2. Capteurs, biocapteurs et actionneurs185
  - 8.3.3. Commentaire sur la compatibilité biologique186
  - 8.4. Conclusion187
  - 8.5. Bibliographie188
  - Chapitre 9. Technique et innovation dans les carbones 191
  - 9.1. Evolution des matériaux carbones192
  - 9.1.1. Les différentes générations de matériaux carbonés192
  - 9.1.2. Classement par finalité et domaines d'activité194
  - 9.1.3. Rôle dans les problèmes énergétiques196
  - 9.2. Aspects socio-économiques199
  - 9.2.1. A propos de bilans économiques199
  - 9.2.2. Transitions et cycles économiques201
  - 9.3. Epilogue203
  - 9.4. Bibliographie204
  - Lexique chimique 207
  - Index 215
Origine de la notice:
- FR-751131015