N dordre: 55-2009

UNIVERSITE DE LIMOGES

Facult des Sciences et Techniques

cole Doctorale Science, Technologie et Sant

THESE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE lUNIVERSITE DE LIMOGES

Discipline : Chimie-Chimie Physique

Spcialit : Science des Matriaux Cramiques et Traitements de Surface

Prsente et soutenue publiquement par

Ahmed ESHARGHAWI

Le 29 octobre 2009

Thse dirige par Mme Franoise NARDOU et par M. Claude PENOT

Prsident : M. Eric GAFFET..UTBM, Svenans

Rapporteurs : Mme Dominique GOEURIOT.SMS, Saint- Etienne. M. Dominique VREL...........LIMHP, Paris XIII

Examinateurs : Mme Rachida BENHAMOU..........................Universit dOran. Mme Franoise NARDOU..................SPCTS, Limoges M. Claude PENOT..SPCTS, Limoges

laboration de matriaux poreux base de mullite par procd SHS

laboration de matriaux poreux base de mullite par

procd SHS

A mes parents

A mon pouse

A mes enfants

Remerciements

Ce travail a t effectu au Laboratoire Sciences des Procds Cramiques et Traitements de Surface (SPCTS UMR 6638 CNRS) de l'Universit de Limoges sous la direction de Mme Franoise Nardou et de M. Claude Penot.

Que Mme le Professeur Franoise Nardou trouve ici lexpression de ma profonde

gratitude et mon extrme reconnaissance. Vous mavez accept au sein de votre quipe, vous mavez tmoign votre confiance et votre soutien qui mont permis de continuer sur la voie de la recherche.

Je remercie profondment M. Claude Penot, Matre de Confrences de lUniversit de

Limoges, pour lintrt constant quil a port ce travail en acceptant de co-diriger cette tude, pour sa disponibilit, ses orientations et ses remarques fructueuses. Quil trouve ici toute ma profonde gratitude.

Je tiens galement exprimer tous les deux ma reconnaissance pour les qualits

humaines, la rigueur scientifique, l'enthousiasme et les prcieux conseils qui ont fait progresser ce travail. Pour la confiance que vous m'avez accorde tout au long de ma thse soyez assur de toute mon estime et de mon profond respect.

Mes remerciements sadressent galement M. Eric GAFFET, Directeur de

Recherches CNRS l'UTBM de Svenans, pour l'honneur qu'il m'a fait en acceptant de prsider le jury et pour l'intrt qu'il a manifest pour cette tude.

Je suis trs sensible lhonneur que mont fait Mme Dominique GOEURIOT

Professeur l'Ecole Nationale Suprieure des Mines de Saint-Etienne et M. Dominique VREL, Charg de Recherche CNRS-HDR au LIMHP, Universit Paris XIII, en acceptant de juger ce travail en qualit de rapporteurs.

Que Mme le Professeur Rachida BENHAMOU de lUniversit dOran (Algrie),

reoive galement mon entire reconnaissance pour mavoir consacr du temps et avoir accept de participer au jury de cette thse.

Je noublie pas dans mes remerciements tout le personnel du Laboratoire SPCTS (Enseignants, Chercheurs, Techniciens, Secrtaires), qui mont soutenu et qui ont facilit mon intgration au sein du groupe, particulirement : David Tingaud, Nicolas Pradeilles, Daniel Ttard, Jean Paul Laval, Pierre Carles, Etienne Laborde, Bernadette Talabot et tous ceux qui de prs ou de loin, ont jou un rle dans ce travail : mes camarades thsards, tous mes amis de Limoges et tant d'autres sans le soutien desquels je naurai pas pu soutenir cette thse. A toutes et tous je dis merci.

Je ne pourrais terminer cette page de remerciements sans y associer mon pouse et ma

famille en Libye.

SOMMAIRE SOMMAIRE..............................................................................................................................I

INTRODUCTION............................................................................................................... - 1 -

CHAPITRE I : Bibliographie............................................................................................. - 3 -

I.1. Le kaolin. .................................................................................................................... - 3 - I.1.1. Gnralits. .......................................................................................................... - 3 - I.1.2. Structure. .............................................................................................................. - 4 - I.1.3. Morphologie......................................................................................................... - 4 - I.1.4. Applications ......................................................................................................... - 5 -

I.2. La mullite. ................................................................................................................... - 5 - I.2.1. Structure de la mullite .......................................................................................... - 6 - I.2.2. Proprits de la mullite ........................................................................................ - 7 - I.2.3. Applications de la mullite. ................................................................................... - 8 -

I.3. laboration de matriaux base de mullite. ............................................................... - 9 - I.3.1. laboration de mullite partir dargile et dalumine........................................... - 9 - I.3.2.laboration de mullite partir dalumine et de silice. ........................................ - 10 - I.3.3. laboration de mullite partir de cyanite ou de sillimanite. ............................. - 10 - I.3.4. Influence du broyage sur llaboration de mullite. ............................................ - 11 - I.3.5. Influence dadditifs au cours de llaboration de mullite. ................................. - 11 - I.3.6. Voie sol-gel pour llaboration de mullite. ........................................................ - 12 - I.3.7. laboration de mullite partir daluminium mtallique.................................... - 13 - I.3.8. laboration de mullite partir de dchets.......................................................... - 13 -

I.4. laboration de corps poreux. .................................................................................... - 14 - I.5. Synthse de matriaux par voie SHS. ....................................................................... - 15 -

CHAPITRE II : Mthodes exprimentales de caractrisation ..................................... - 18 -

II.1. Mthodes de caractrisation physique. .................................................................... - 18 - II.1.1 Analyse granulomtrique................................................................................... - 18 - II.1.2. Mesure de la densit. ........................................................................................ - 19 - II.1.3. Mesure de la surface spcifique........................................................................ - 20 - II.1.4. Observations morphologiques. ......................................................................... - 21 -

II.1.4.1. Microscopie optique. ................................................................................. - 21 - II.1.4.2. Microscopie lectronique balayage (MEB). ........................................... - 22 -

II.1.5. Analyse structurale par diffraction des rayons X (DRX). ................................ - 23 - II.2. Analyses thermiques................................................................................................ - 25 -

II.2.1. Analyse dilatomtrique..................................................................................... - 25 - II.2.2. Analyse thermique diffrentielle (ATD) .......................................................... - 26 - II.2.3. Analyse thermogravimtrique (TG). ................................................................ - 27 -

CHAPITRE III : Caractrisation des matires premires............................................ - 29 -

III.1. Argile...................................................................................................................... - 29 - III.1.1. Origine............................................................................................................. - 29 - III.1.2. Composition. ................................................................................................... - 30 - III.1.3. Caractristiques physiques. ............................................................................. - 32 - III.1.4. Comportement thermique................................................................................ - 33 -

III.2. Poudres mtalliques................................................................................................ - 36 - III.2.1. Poudres daluminium. ..................................................................................... - 36 -

II

III.2.2. Poudres de magnsium.................................................................................... - 39 - III.3. Conclusion.............................................................................................................. - 41 -

CHAPITRE IV : Etude de la ractivit SHS des mlanges kaolinite-poudres mtalliques

............................................................................................................................................. - 42 -

IV.1. Prparation des mlanges....................................................................................... - 42 - IV. 2. Comportement thermique et volution structurale des diffrents mlanges......... - 43 -

IV.2. 1. Mlanges sans magnsium............................................................................. - 43 - IV.2.2 Mlanges avec magnsium. ..........................