M - Thodes Sol Gel Copie - 3

Plan du cours 7
Introduction
1. Procédé sol-gel
2. Principe du sol-gel
3. Exemples d’utilisation
4. Différents produits
5. 6. La formation du gel
6. Différentes formes des produits
7. Sol-Gel est applicable dans plusieurs domaines d’activités
8. Utilisation des couches minces Procédés sol-gel
9. Procédés sol-gel
10. Marché des sol-gel
Université d’Annaba Méthodes sel-gel

Faculté des sciences de l’ingénieur
Département de Génie Mécanique
MENAIL YOUNES 2019.2020
1. Procédé sol-gel
Le procédé sol-gel, correspondant à l’abréviation

«solution gélification», il s’apparente à la fabrication un
matériau polymère (la polymérisation). Cette polymérisation
se base sur la transformation en phase solide d’une solution
liquide à base de précurseurs.
Le précurseur est un réactif chimique qui permet d’amorcer la
réaction. Il existe deux voies de synthèse sol-gel qui sont :
• Voie inorganique ou colloïdale: obtenue à partir de sels

métalliques (chlorures, nitrates, oxychlorures) en solution
aqueuse. Cette voie est peu chère mais difficile à contrôler,
c’est pour cela qu’elle est encore très peu utilisée.
Toutefois, c’est la voie privilégiée pour obtenir des
matériaux céramiques.
• Voie métallo-organique ou polymérique : obtenue à
partir d’alcoxydes métalliques dans des solutions
organiques. Cette voie est relativement coûteuse mais
permet un contrôle assez facile de la granulométrie.
2. Principe du sol-gel
3. Exemples d’utilisation
Les procédés sol-gel permettent la production de matériaux

vitreux, par polymérisation sans recourir à la fusion.
Le verre est ici directement fabriqué à partir d'une solution liquide de
silice et d’autres composés chimiques (soude, chaux, magnésie…) et de
catalyseurs). Ces matériaux sont regroupés sous l'appellation
générique « procédé sol-gel ». On dispose par ces méthodes de
matériaux massifs, mais elles sont surtout bien adaptées à la
réalisation de films et revêtements (par exemple pour un traitement
de surface de verre, de métal ou de matières plastiques (ex : film
anticorrosion, anti-UV, anti dépôt de polluants, anti-abrasion, ou
encore traitement anti-rayure et/ou « anti-réflichissant » de verres de
lunettes ou d'autres verres ou plastiques, éventuellement bi-face).
4. Différents produits
5. La formation du « gel »
Un gel est défini comme un système biphasé dans lequel les molécules de solvant (eau, alcool)
sont emprisonnées dans un réseau solide. Lorsque le liquide est l’eau, on parle d’un aquagel ou
hydrogel, si c’est de l’alcool on parle d’alcogel.
Le séchage
L’obtention d’un matériau, à partir du gel, passe par une étape de séchage qui consiste à
évacuer le solvant en dehors du réseau polymérique. Ce séchage peut entraîner un
rétrécissement de volume. Le procédé de séchage permettant l’obtention du matériau sol-gel
nécessite que l’alcool, ou l’eau, puisse s’échapper en même temps que le gel se solidifie. Le
procédé d’évaporation se produit grâce aux trous et aux canaux existants dans le matériau sol-
gel poreux. Il existe plusieurs types de séchage permettant d’obtenir des types de matériaux
différents :
• Xérogel :
séchage classique (évaporation normale) entraînant une réduction de volume allant de 5 à 10%.
• Aérogel :
séchage en conditions supercritiques (dans un autoclave sous pression élevée) n’entraînant pas
ou peu de rétrécissement de volume. À partir d'une même solution et en fonction du mode de
séchage du gel, le matériau final prend des formes très différentes. Dans le cas d’un séchage
supercritique, le gel donne un « aérogel », structure très ouverte avec une grande
macroporosité. Dans le cas d’un séchage classique, les liquides résiduels provoquent des forces
de capillarité très importantes qui mènent à la destruction de la macroporosité et aboutissent,
finalement, à l’obtention de structures vitreuses. On obtient de cette manière un « xérogel ».
6. Différentes formes des produits
Fibre
Une application, déjà un peu ancienne mais importante, du procédé sol-gel

est la fabrication et l’enrobage de fibres de verre pour réaliser, par exemple, des
fibres optiques. La fibre est simplement tirée lentement hors du sol et la gélification
se produit simultanément avec l’évaporation du solvant. La conversion en xérogel a
lieu, généralement rapidement, étant donné que la couche de gel est très mince
(quelques micromètres).
Poudre
L’obtention de poudres se réalise classiquement à partir des cations

contenus dans une solution liquide. Dans la technique sol-gel, la solution est
transformée en gel qui est ensuite transformé en poudre par décomposition.
7. Sol-Gel est applicable dans plusieurs domaines d’activités
Les applications des matériaux sols gels sont nombreuses. La principale

utilisation de ce procédé concerne la réalisation de dépôts en couches minces. Les
revêtements sol-gel ont pour objet la modification des propriétés d’une surface pour
lui conférer de nouvelles fonctionnalités (coloration, antireflet, absorption des UV,
pouvoir réfléchissant, isolation, auto-nettoyage, etc).
La méthode sol-gel permet l’élaboration d’une grande variété d’oxydes sous
différentes configurations :
. matériaux denses ou massifs (monolithes de verres ou de céramiques),
. poudres,
. aérogels (séchage supercritique),
. fibres, composites,
. gels poreux ou membranes et, bien entendu,
. films ou couches minces.
De plus, elle peut être avantageusement mise à profit pour encapsuler, dans une
matrice inorganique, des structures organiques : catalyseurs, pigments, enzymes...
Cette grande diversité, tant de matériaux que de mises en forme, a rendu ce procédé
très attractif pour différents domaines technologiques.
8. Utilisation des couches minces
Comme une peinture, la solution sol-gel peut être appliquée simplement sur des
supports variés par l’intermédiaire d’une brosse, d’un rouleau ou d’un spray. Il existe une
multitude de méthodes de dépôt de solutions. L’utilisation de l’une ou l’autre dépend très
fortement de la nature, la taille et la forme des substrats à recouvrir.
Ces méthodes sont bien adaptées pour le revêtement des surfaces rugueuses. Cependant, elles
ne permettent pas, sauf dans le cas de spray automatisé, d’obtenir des épaisseurs régulières.
Pharmaceutique : Encapsulation d’agent actif dans une matrice solgel;

Electronique : Films diélectriques (BaTiO3), mémoires ferromagnétiques,
Médicale : Les « plombages » et antifissurants dentaires, les phosphates « bioactifs » ainsi que
des thérapies anti-cancer…
Automobile : Revêtements des parebrise, vitre, optique, rétroviseur …
Aéronautique : Les solutions anticorrosion pour le fuselage, la protection thermique, les
solutions de réparation rapide des impacts subis par les avions…
Textile : Stabilité thermomécanique du textile, protection contre attaques chimiques,…
9. Procédés sol-gel
10. Marché des sol-gels
Durant ces dernières années, les produits provenant de la technologie sol-

gel n’ont cessé de gagner des parts de marché. Cet accroissement continuera aussi
longtemps que de
nouvelles applications apparaissent. Le marché potentiel global des applications sol-
gel est réparti de façon hétérogène : les plus grandes zones de déploiement sont
situées aux Etats-Unis et au Japon.
Les Etats-Unis sont devenus un leader dans la technologie sol-gel suite à une
injection massive de budgets alloués aux secteurs de la défense et des
télécommunications.
Marché des sol-gels
FIN

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Le procédé sol-gel, correspondant à l’abréviation

• Voie inorganique ou colloïdale: obtenue à partir de sels

Les procédés sol-gel permettent la production de matériaux

Une application, déjà un peu ancienne mais importante, du procédé sol-gel

L’obtention de poudres se réalise classiquement à partir des cations

Les applications des matériaux sols gels sont nombreuses. La principale

Pharmaceutique : Encapsulation d’agent actif dans une matrice solgel;

Durant ces dernières années, les produits provenant de la technologie sol-

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