Etude de l’adsorption physique d’un gaz sur une surface solide par la théorie DLP

Abstract

Le phénomène d’adsorption physique, décrivant la fixation d’un atome ou d’une molécule gazeuse sur un solide, est caractérisé par la prépondérance des forces attractives de Van der Waals. Le potentiel d’interaction, qui s’exerce entre les atomes du gaz et le solide est une grandeur d’extrême importance dans la théorie des films adsorbés. Ce potentiel revêt la forme (-?)/d^3 où d est l’épaisseur du film et ? la constante caractéristique de cette interaction dite coefficient de Van der Waals. Dans la théorie de Dzyaloshinskii, Lifshitz et Pitaevskii (DLP), le coefficient ? n’est pas constant : Il est fonction décroissante de l’épaisseur d. Notre contribution consiste à tenir compte de cette modification, et à l’aide d’un modèle simple, caractériser le phénomène d’adsorption et décrire les échanges entre le gaz et la surface solide. Pour cela, nous avons considéré les molécules d’éthylène (C_2 H_4 ) et du tétrafluorométhane (CF_4 ) adsorbées sur du graphite. Le processus dans son ensemble, est décrit par le modèle gaz-sur-réseau corrélé à un calcul du type Monte Carlo. Dans notre étude, le but principal est d’évaluer le comportement du film adsorbé : En reproduisant d’abord les isothermes observées, ensuite, en évaluant les systèmes d’une manière quantitative. Les isothermes sont produites dans une gamme de température allant de 50K jusqu’à 170K. Elles reproduisent un certain nombre de caractéristiques intéressantes observées expérimentalement : 1) Dans une certaine plage de températures, les isothermes sont constituées d’une succession de marches, chaque marche correspond à la formation d’une monocouche distincte donnant lieu chacune à une transition de phase de premier ordre. 2) A partir d’une certaine température, appelée température critique de couche, ces couches distinctes tendent à disparaître signifiant que l’épaisseur du film augmente en continu. 3) Le film adsorbé montre la particularité d’être constitué d’un nombre fini de couches augmentant avec la température dans le domaine de sous saturation. Chaque couche se forme à partir d’une certaine température T_n et à une certaine pression P_n. 4) Nous remarquons avoir une transition film mince-film épais près de la température du point triple T_tr. En effet, immédiatement après T_tr, le nombre de couches augmente rapidement avec la température. On montre aussi qu’il est probable qu’une transition de mouillage puisse se produire à proximité du point triple. En plus de cette description qualitative, les isothermes obtenues permettent de déterminer des informations quantitatives comprenant les températures et les pressions relatives de la formation des couches, les températures de point critique et les diagrammes de phases.