PROPRIÉTÉ DES CHARBONS ET STRUCTURE MICELLAIRE

À. — L’incarbonisation. — On constate que les charbons issus de la fossilisation de matières végétales présentent des degrés d'évolution différents suivant l'âge et les circonstances. Toutefois, avec le temps une évolution se produit dans la matière carbonée et un départ d'oxygène se produit. Il est très vraisemblable que nous sommes en présence de réactions très lentes dont la matière du charbon est le siège — de même que le charbon actif est le siège à la température ordinaire d’une oxydation très lente.

Ces transformations de décomposition des éléments oxygénés s'accompagnent du départ de gaz simples, H:0, CO, CO:, CH, et, des regroupements atomiques suivant de nouveaux lieus de valence s’établissent :

a) Comme ces regroupements se font sur place la cristallisation graphitoïde s'améliore peu : ce qui fait que les clichés de diffusion Debye sont à peine plus riches et nets avec les anthracites qu'avec les

houilles et les lignites. D'où les faibles différences constatées par les clichés X Debye.

bonées un peu plus hétérogènes et

b) Par contre, sous l’effet de l’évolution de la matière carbonée, la différence avec les micelles et la substance environnante décroit et les anthracites et houilles maigrés ont des clichés de diffusion centrale

moins intenses que les lignites.

c) Gumme ces réactions se font en phase solide avec départ de gaz simples et recombinaisons atomiques sur place, la structure primitive en cristallite et micelle varie peu au cours de l’incarbonisation et les micelles d’anthracite sont hétérodispersés comme ceux des lignites avec une gamme de tailles très analogues.

d) On comprend ainsi qu'avec l’incarbonisation disparaisse le caractère oxygéné des substances simples extraites et que l’on puisse même extraire des houilles des composés hydrocarbonés qui n’existent pas dans les lignites ; de plus les substances typiquement solides augmentent par suite de l’établissement de liaisons tridimensionneilles de valence de plus en plus nombreuses entre feuillets humiques.

B. — La carbonisation. — La pyrogénation des combustibles est une transformation fort pratiquée qui a donné lieu à une industrie importante. Lorsque la température ne dépasse pas 500° à 600° on a un résidu que l’on nomme un semi-coke. Lorsque la pyrogénation se fait à haute température et atteint g00° à 1 000° on a un coke comme résidu. Cette pyrolyse est accompagnée de départ de gaz et de produits condensables.

L'analyse des clichés de diffusion centrale renseigne sur les transformations de structure du solide.

Que la cokéfaction se produise après la fusion passagère (cas des houilles à coke et grasses) ou avec un simple frittage ou même sans la moindre fusion apparente, le résultat à l’échelle micellaire est la fragmentation d’une partie des micelles. Ce qui fait que le coke contient les mêmes grandes micelles que le charbon de départ mais une plus grande proportion de petites micelles.

- Enfin, dans le cas des lignites jeunes la cokéfaction accroît la différence de densité entre micelles et substance amorphe environnante.

La fragmentation des micelles et la non-apparition de plus grandes micelles montrent que le phénomène de pyrolyse affecte l’ensemble de la substance et augmente parfois la zone carbonisée désordonnée par un morcellement de micelles sans produire d'augmentation des zones: organisées. Enfin, dans le cas des charbons peu évolués le départ de petites molécules dans la zone extra-micellaire peut augmenter la diminution de densité de cette zone.

C.— Dissolution, peptisation et fusion. — Ces phénæmènes affectent la région extra-micellaire. La dissolution par les solvants organiques n ‘intéresse que les charbons jeunes et on a vu que l'effet micellaire après extraction au mélange benzène-alcool était accru ; mais cette

86 HENRY BRUSSET £ dissolution partielle n’entraîne ni transformation micellaire, ni modification du cristallite.

La peptisation par les huiles lourdes de distillation s'explique par

la séparation des micelles après adsorption des produits lourds dans’

la couche de passage et l’on conçoit que ces produits assez voisins des produits de la zone intermicellaire s’y adsorbent bien et peptisent. La peptisation peut aussi porter sur des paquets de micelles. |

La fusion des houilles est due à une peptisation passagère par les produits de cracking de la zone intermicellaire. Fusion passagère car à la température où ce phénomène se produit, cette couche peptisante continue à évoluer sous l'effet de son cracking, et entraîne une prise en masse par suite de recombinaison atomique. Enfin, on conçoit par ce mécanisme que ni la majorité des lignites, ni les anthracites et houilles maigres ne présentent cette fusion passagère.

D. — L'aclivation. — L’activation crée un état micellaire très dégagé, très contrasté avec le milieu qui le baigne mais ne correspond pas à des cristallites mieux organisés comme le montrent les clichés Debye, donc l’activation comporte un dégagement des micelles graphitoïdes obtenus après cokéfaction par gazéification de la zone moins dense et plus hétérogène intermicellaire où les gaz et les autres agents d'activation peuvent s’introduire et agir en rongeant la substance carbonée jusqu’à la limite plus compacte de moindre désordre des cristallites, Ainsi aux canaux microscopiques et submicroscopiques créés par des fissurations de la substance carbonée et son dégazage lors de la cokéfaction, s'ajoutent des canaux amicroscopiques entourant la majeure partie des micelles et faisant apparaître une notable surface.

La recristallisation des cristallites de pseudo-carbone amorphe au-dessus de 1 0009 diminue l'activité des charbons en détruisant les centres actifs. De même la graphitisation en surface lors de la cokéfaction à haute température est très défavorable aux qualités absorbantes des charbons.

E. — Formation de graphite. — L'agitation thermique des atomes ne permet une meilleure cristallisation des atomes de carbone que bien au-dessus de 1 0000. Simultanément les atomes étrangers distillent et leur élimination fait disparaître un obstacle à la régularité des arrangements de carbone graphitoïde.

En résumé on voit que l'emploi conjugué de la diffusion produite par les charbons avec le rayonnement X tant sous un très faible angle (diffusion centrale) que sous des angles quelconques (clichés ordinaires Debye-Scherrer) permet d'établir un schéma de structure assez complet pour aller depuis l’arrangement de quelques atomes jusqu'aux arrangements micellaires du gel vitreux que révèle l’observation au microscope. Ce schéma coordonne les quatre. principaux

= à pi

groupes de phénomènes observés sur les charbons (évolution, carbonisation, dissolution, peptisation et activation) et nous semble un élément de travail pour une continuation des recherches sur les charbons.

Il paraît ainsi que cette structure, s’appuyant sur des méthodes nouvelles et sur des notions précisées de molécules et d’ensembles atomiques tridimensionnels apporte un lien logique entre des phénomènes divers relatifs à un groupe important de substances colloïdales encore mal connues.