Utilisation des instruments TGA pour la perte au feu dans les résidus solides de combustion

L’analyse thermogravimétrique (ou TGA, de l’anglais “Thermogravimetric Analysis”) est devenue essentielle pour déterminer la perte au feu (ou LOI, de l’anglais “Loss On Ignition”) dans les résidus solides de combustion tels que les cendres de charbon, les cendres de biomasse et les résidus de ciment. La perte au feu est un paramètre crucial pour évaluer la qualité et la potentielle valorisation de ces résidus. Elle correspond à la perte de masse subie par l’échantillon lorsqu’il est chauffé à haute température, généralement autour de 750 °C ou 950 °C, dans une atmosphère d’air ou d’oxygène.

Cet article explore les principes, les méthodologies et les avantages de l’utilisation de la TGA pour la détermination de la LOI.

Principes de l’analyse thermogravimétrique pour la LOI

L’analyse thermogravimétrique consiste à mesurer en continu la masse d’un échantillon pendant qu’il est chauffé dans des conditions contrôlées. Le processus commence par un chauffage de l’échantillon sous atmosphère inerte, comme l’azote (N₂), pour enlever toute humidité. Ensuite, l’atmosphère est remplacée par une atmosphère oxydante, par exemple d’oxygène (O₂), et le chauffage se poursuit jusqu’à la température cible (750 °C ou 950 °C). La perte de masse observée durant cette phase correspond à la valeur de la LOI, le résultat de la combustion du carbone non brûlé et de la décomposition de certains minéraux.

Fonctionnement des instruments TGA

Les instruments TGA modernes permettent l’analyse automatisée et simultanée de plusieurs échantillons. Cette automatisation réduit les erreurs humaines et améliore considérablement le rendement par rapport aux méthodes manuelles traditionnelles. Ces appareils contrôlent avec précision l’atmosphère et la température, et garantissent ainsi des résultats cohérents et reproductibles.

La procédure typique pour déterminer la LOI à l’aide de la TGA comprend:

1. Un chauffage initial sous atmosphère inerte : l’échantillon est chauffé sous une atmosphère inerte (par exemple: N₂) afin d’éliminer l’humidité.
2. Un passage à une atmosphère oxydante : l’atmosphère est ensuite remplacée par un environnement oxydant (par exemple: O₂) pour provoquer la combustion du carbone résiduel et la décomposition des minéraux.
3. Un augmentation de la température jusqu’à la cible : selon les besoins de l’analyse, la température est augmentée jusqu’à 750 °C ou 950 °C.
4. La mesure de la perte de masse : la perte de masse enregistrée pendant le processus de chauffage correspond à la valeur de la LOI.

Quels sont les avantages de la TGA pour la détermination de la LOI?

La TGA est une solution privilégiée dans de nombreux secteurs industriels, car elle présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de détermination de la perte au feu:

• Précision : la TGA fournit des valeurs de LOI plus précises car elle tient compte de la déshydratation des minéraux et de la décomposition des carbonates. Ces éléments sont souvent négligés par les méthodes classiques, provoquant des mesures moins fiables.
• Efficacité : les instruments TGA automatisés permettent d’analyser plusieurs échantillons simultanément, ce qui réduit considérablement le temps et la main-d’œuvre nécessaires pour déterminer la LOI.
• Analyse détaillée : la TGA permet de différencier les diverses raisons responsables de la perte de masse, tels que le carbone organique, le carbone élémentaire et la décomposition minérale.
• Précision: le contrôle précis de l’atmosphère et de la température permis par la TGA limite les erreurs souvent associées aux méthodes manuelles, et assure une excellente reproductibilité des résultats.

Défis et considérations

Bien que la TGA offre une meilleure précision et une efficacité, il est capital de reconnaitre que la perte de masse observée ne peut pas être uniquement attribuée à l’oxydation du carbone. Par exemple, la déshydratation de la portlandite (Ca(OH)₂) contribue elle  aussi à la perte de poids dans une plage de température similaire (250–500 °C). L’interprétation des résultats de la TGA doit donc prendre en compte l’ensemble des réactions thermiques susceptibles de se produire pendant l’analyse.

Les instruments de TGA automatisés, tels que le XRTGA 1100 de XRF Scientific, représentent une solution de pointe pour déterminer la perte au feu dans les résidus solides de combustion. Ils permettent des analyses rapides, précises et efficaces, critiques pour les industries dans lesquelles une évaluation rigoureuse des matériaux est nécessaire. En fournissant des informations détaillées sur la composition et la qualité de matériaux tels que les cendres de charbon, de biomasse ou les résidus de ciment, le XRTGA 1100 soutient un large éventail de processus industriels et d’améliorations produits. Sa haute précision et sa fiabilité en font un outil indispensable, qui illustre notre engagement envers l’optimisation des méthodes d’analyse des matériaux et l’innovation industrielle.