Analyse enthalpique différentielle (DSC : Differential Scanning Calorimetry)

L’analyse thermique couvre un groupe de techniques pour lesquelles le matériau à analyser est soumis à un programme de température contrôlé. Cela signifie que la substance peut être étudiée à température constante (conditions isothermes) ou soumise à une variation linéaire de température (conditions dynamiques).

Les principales techniques de thermoanalyse sont :

• La thermogravimétrie (TG) : la masse de l’échantillon est mesurée en fonction de la température.
• L’analyse thermique différentielle (ATD) : la différence de température entre l’échantillon et un matériau de référence est enregistrée.
• La calorimétrie différentielle à balayage ou analyse enthalpique différentielle (DSC) : la variation d’enthalpie avec le temps est déterminée.
• La thermodilatométrie : les variations dimensionnelles de l’échantillon sont mesurées.
• L’analyse thermomécanique (TMA) : la déformation d’un échantillon sous charge est enregistrée.

Le principe des techniques calorimétriques différentielles repose sur la mesure des variations de l’énergie thermique fournie à l’échantillon à analyser par rapport à celle apportée à un corps inerte appelé témoin au cours d’une variation contrôlée de température. En analyse thermique différentielle (ATD), la grandeur mesurée est le gradient de température entre l’échantillon et le témoin. Dans ce cas, les flux de chaleur transmis à l’échantillon et au témoin sont identiques.

La technique la plus courante pour la caractérisation des polymères est l’analyse enthalpique différentielle (DCS), elle permet une analyse quantitative des transitions en terme énergétique. On mesure alors, les gradients de puissance électrique nécessaire pour maintenir l’échantillon et le témoin à une température identique, soit dans les conditions isothermes, soit en imposant une rampe de température.

L’exploitation des mesures enthalpiques est réalisée à partir des thermogrammes représentant l’évolution du flux thermique en fonction de la température.

Sur un thermogramme on distingue 2 types de phénomènes :

• les phénomènes endothermiques (fusion, transition de phase, transition vitreuse, évaporation…)
• les phénomènes exothermiques (cristallisation, décomposition, oxydation, polymérisation...)

Parmi les applications classiques de la DSC, on peut citer :

• la détermination de la température de transition vitreuse
• les mesures de cristallinité
• la détermination de la température de fusion
• l’étude de la ségrégation de phases
• l’analyse de la pureté d’un produit (pharmacologie)
• les mesures de taux de polymérisation des résines
• le suivi de la dégradation des polymères
• la mesure de capacités calorifiques

Ces données sont importantes lors du choix de la méthode de mise en œuvre ou de l’utilisation d’un polymère.