Différence phase / constituant ?

[Cyp]

Bonsoir,
j'ai une question à laquelle je n'ai pu trouver de réponse malgré mes recherches sur FS et google. Dans un diagramme binaire, celui du faire carbone pour prendre un exemple, quelle différence y'a-t-il entre une phase et un constituant. Pour moi un constituant contient plusieurs phases, mais après c'est un peu flou. Pourriez-vous m'éclairer ?
Merci,
Cyp
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[mach3]

effectivement, tu m'as l'air bien embrouillé, ce n'est pas grave, reprenons les bases ensemble.

Un constituant est un corps pur, sa composition chimique est constante et invariable. Par exemple le fer pur est un constituant, alors que l'acier qui peut contenir une quantité variable de carbone mélangé au fer n'est pas un constituant (en l'occurence, c'est une phase). Un meme constituant peut etre trouvé dans plusieurs états : solide, liquide, gazeux, cet état dépend de la température et de la pression.

Une phase est une région d'un système physique qui a la caractéristique suivante : soit Y une variable intensive, le gradient de Y est défini dans une phase donné et indéfini à la limite entre deux phases. ... aie compliqué, pas grave, en plus clair, les grandeurs intensives comme la pression, la température, la composition (et d'autres) varient de manière continue (et ne varient pas du tout dans les cas simples considérés à l'équilibre) à l'intérieur d'une phase et changent brusquement (dans les cas simple et à l'équilibre, la température et la pression ne changent pas) lorsqu'on passe d'une phase à l'autre. il existe des phases solides, liquides et gazeuses et elles ont des domaines d'existence et de coexistence (équilibre entre phase) définis en composition, pression et température à l'équilibre.

exemple : imaginons nous en train de nous promener dans une suspension de sel dans l'eau. tant que nous sommes dans un cristal de sel, la composition est 100% en sel et elle ne varie pas. dès que l'ont franchit la surface du cristal on se retrouve dans le liquide, une solution saturée en sel, sa composition est de 26% en sel et de 74% en eau. la composition a variée brusquement lorsque nous sommes passés du cristal à la solution : nous avons changé de phase. nous sommes passés de la phase sel cristallin (composée à 100% du constituant "sel") à la phase solution saturée en sel (composée à 26% du constituant "sel" et à 74% du constituant "eau").

est-ce que ça te va où tu veux un peu plus d'exemple ou de détails?

m@ch3

[Cyp]

Merci !
C'est assez clair mais est-ce que tu pourrais commenter l'exemple du diagramme Fe-Carbone, il y en a un ici par exmple http://upload.wikimedia.org/wikipedi...er_carbone.png, expliquer rapidement quelles sont les phases et le constituants ? Pour les phases je pense qu'il y a l'austénite, la cémentite, la perlite. Le problème c'est que leur composition en Fe et C varie avec T ce qui semble en contradiction avec ta défnition... Et quels seraient les constituants (à part l'acier dont tu as parlé)... ? Merci,
Cyp

[mach3]

salut,

Le problème c'est que leur composition en Fe et C varie avec T ce qui semble en contradiction avec ta défnition...

bon, ca veut dire que je n'ai pas été assez clair...

il existe des phases solides, liquides et gazeuses et elles ont des domaines d'existence et de coexistence (équilibre entre phase) définis en composition, pression et température à l'équilibre.

la réponse est ici. une phase à un domaine d'existence (j'entends par là un ensemble de conditions où elle est thermodynamiquement stable) en composition (de telle composition à telle composition), température (de telle température à telle température) et pression (de telle pression à telle pression).

les grandeurs intensives comme la pression, la température, la composition (et d'autres) varient de manière continue (et ne varient pas du tout dans les cas simples considérés à l'équilibre) à l'intérieur d'une phase

c'est peut etre ca qui t'a égaré. quand je dis à l'intérieur d'une phase, c'est physiquement parlant, c'est à dire dans l'espace physique occupé par la phase en question (et pas dans le domaine représenté sur le diagramme). Pour préciser l'idée de ce que je dis dans cette citation, un exemple : l'atmosphère est une seule phase gazeuse (si on néglige évidemment les aérosol liquides et solides qui s'y trouvent...) bien que sa composition, sa température et sa pression varient en fonction de l'altitude/longitude/latitude. le point important c'est que jamais ces variables ne varient brusquement (de facon discontinue) dans l'atmosphère, elles varient de facon continue. par contre si tu plonges dans la mer tu changes de phase : la composition (et éventuellement la température) changent brusquement à la limite entre les 2.

décrivons maintenant le diagramme fer carbone. Comme son nom nous l'indique il y a deux constituants ici, le fer et le carbone, et c'est tout
le diagramme décrit en fait tous les mélanges possibles entre le carbone pur et le fer pur.
dans le présent diagramme, la perlite et la lédéburite ne sont pas des constituants ni des phases, ce sont juste des appelations (ce sont des mélanges de phases d'une composition précise). c'est simplement qu'en métallurgie on a décidé d'appeler perlite les aciers qui forment de l'austénite non mélangée à d'autres phases (comme la ferrite ou FeC3) en chauffant, et lédéburite les aciers eutectiques (je vais revenir là dessus ensuite).
FeC3, est quand à lui un composé défini. c'est une phase dont le domaine de composition est restreint à une composition unique, cela rend son comportement un peu semblable à un constituant, mais ce n'en est pas un : en effet si on chauffe trop FeC3, il fond et n'existe plus, on a plus que C en solution de Fe liquide (d'ailleurs sur le diagramme dans le lien, le trait au dessus de FeC3 est prolongé par erreur, il est impératif qu'il s'arrete lorsqu'il croise la courbe au dessus de liq+FeC3

il y a 4 phases dans ce diagramme (du moins 4 phases visibles, il y en a d'autre dans la partie riche en carbone, non représentée)
-la phase liquide
-FeC3 est une phase solide stoechiométrique, c'est un dire un composé défini
-la ferrite (alpha) qui est la meme phase que le fer (delta) rencontré à plus haute température est une phase solide non stoechiométrique, c'est à dire une solution solide
-l'austénite (gamma) et une autre phase solide non stoechiométrique.

à basse température, nous avons 3 domaines :
-le domaine d'existence de la ferrite à gauche (collé à l'axe température)
-le domaine d'existence de FeC3 à droite (limité à une droite verticale)
-le domaine de coexistence de la ferrite et de FeC3. On parle ici de domaine biphasé car dans les conditions de composition/température/pression délimitées par ce domaines le système comporte deux phases en équilibre. Si tu observes un tel acier au microscope éléctronique tu verras qu'il est constitué de 2 types de grains, ou alors de petits grains (précipités) plongés dans des grains plus gros (matrice). Tu verras des grains de ferrite et des grains de FeC3, collés les uns aux autres ou inclus les uns dans les autres (en fait ces grains sont des cristaux). la limite entre les grains est appelée "joint de grain" et c'est à cet endroit qu'on change de phase : il y a une discontinuité de la composition quand on passe d'un grain de ferrite à un grain de FeC3.

je n'ai pas le temps continuer cette description pour l'instant. Si tu veux envoies moi ton adresse msn par message privé ca sera plus simple pour t'expliquer si on parle en direct.

@+

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[Cyp]

Merci d'avoir pris le temps de répondre longuement je pense que ça devrait aller
Cyp

[invitec2237721]

Bonjour,

Je suis un nouveau membre du forum. Je tiens d'abord à remercier l'ensemble des internautes qui participent à ces échanges.

Je voudrais revenir sur la dernière réponse donnée concernant la différence entre phase et constituant dans le cas de l'alliage Fe-C.
Reprenons quelques définitions (Ouvrage "Des Matériaux" J.P Baïlon et J.M Dorlot, une excellente référence ...)
- Composant : corps pur chimiquement défini (élément simple Fe, C, Cu, ... ou composé stœchiométrique Fe3C, NaO ...).

- Phase : Région ou ensemble de régions d'un corps caractérisé par une structure et par un arrangement atomique identiques : c'est une partie homogène d'un coprs.

- Constituant : Dans certains cas, le comportement d'un système biphasé ou multiphasé peut se comparer à celui d'un composant ; les phases qui le constituent sont intimement mélangées bien que non confondues. Le constituant a une composition chimique bien définie, alors que chacune des phases qui le constituent a une composition chimique et un arrangement atomique différents. C'est le cas des mélanges eutectiques ....

Donc pour conclure, je pense que dans la définition qui est donnée dans la réponse précédente il y a une confusion entre composant et constituant :

"Comme son nom nous l'indique il y a deux constituants ici, le fer et le carbone, et c'est tout "

Pour avoir le nombre de constituants, il faut lire le diagramme. Fe et C sont les éléments de base de l'alliage, ce sont des composants (et ce ne sont pas les seuls (voir définitions)).

Dans le Fe-C : il peut y avoir une ou deux phases (voir équation de Gibbs)
quelques exemples :
alliage à 1% de C à 1000°C une phase austenite.
alliage à 3% de C à 1000°C deux phases austenite et cémentite.

alliage à 0.01% de C à 600°C deux phases ferrite alpha et cémentite qui sont aussi des constituants.
alliage à 0.4% de C à 600°C deux phases ferrite alpha et cémentite alors que les constituants sont (ferrite et perlite).
alliage à 2% de C à 600°C deux phases ferrite alpha et cémentite alors que les constituants sont (cémentite et perlite).

J'espère que cela a pu apporter quelques réponses.

[mach3]

Je voudrais revenir sur la dernière réponse donnée concernant la différence entre phase et constituant dans le cas de l'alliage Fe-C.
Reprenons quelques définitions (Ouvrage "Des Matériaux" J.P Baïlon et J.M Dorlot, une excellente référence ...)
- Composant : corps pur chimiquement défini (élément simple Fe, C, Cu, ... ou composé stœchiométrique Fe3C, NaO ...).

- Phase : Région ou ensemble de régions d'un corps caractérisé par une structure et par un arrangement atomique identiques : c'est une partie homogène d'un coprs.

- Constituant : Dans certains cas, le comportement d'un système biphasé ou multiphasé peut se comparer à celui d'un composant ; les phases qui le constituent sont intimement mélangées bien que non confondues. Le constituant a une composition chimique bien définie, alors que chacune des phases qui le constituent a une composition chimique et un arrangement atomique différents. C'est le cas des mélanges eutectiques ....

cela m'étonne qu'on puisse trouvé cela dans une "excellente référence", ce n'est pas ce que j'ai appris durant mon cursus (qui compte un M2 physique des matériaux).

ce qu'ils appellent "composants" dans cet ouvrage et ce qu'on appelle couramment un constituant (component en anglais, à ne pas confondre avec compound, qui signifie composé et se rapporte au droite verticales des diagrammes TX ou PX).
Ce qu'ils appellent "constituant" n'est que du vocabulaire de métalurgiste, ce ne sont rien d'autre que des mélanges de phases pour moi, leur seul particularité est de fondre à une température unique à pression atmosphérique. On change la pression et leur "constituant" n'en est plus un : l'eutectique bouge avec la pression. Ce n'est donc un concept pertinent que pour les metalurgistes, pas pour le thermodynamicien des diagrammes de phases.

m@ch3

[invitec2237721]

Un M2 ne fait pas que l'on possède la vérité vraie. J'ai aussi un M2 recherche en physique des matériaux, et un diplôme d'ingénieur (spécialisé Structures - Matériau), et j'enseigne la Science des Matériaux.

J'ai répondu dans l'esprit de compléter ta réponse car elle me semble limitée.

Ce qu'ils appellent "constituant" n'est que du vocabulaire de métalurgiste, ce ne sont rien d'autre que des mélanges de phases pour moi, leur seul particularité est de fondre à une température unique à pression atmosphérique..

C'est bien plus qu'un mélange de phase, c'est un constituant car dans le cas où il est stable il présente des propriétés spécifiques qui le distinguent du "simple mélange de phase". Je pense que le vocabulaire utilisé dans cette ouvrage est pertinent car il distingue composant et constituant, afin de prendre en compte la spécificité de ces derniers, ce que tu ne fait pas en disant

ce qu'ils appellent "composants" dans cet ouvrage et ce qu'on appelle couramment un constituant

Apprenons à respecter chaque discipline en ayant un minimum d'ouverture d'esprit.

Merci pour ta réponse.

[mach3]

Un M2 ne fait pas que l'on possède la vérité vraie.

non, mais ça montre que je n'ai pas fait qu'effleurer le sujet. Je travaille d'ailleurs sur la thermodynamique des diagrammes de phases. Ce que je constate c'est qu'il y a une divergence dans les définitions selon le milieu. Par exemple Prigogine et Defay dans "thermodynamique chimique" (une bible dans le genre) définissent "constituant" comme je l'ai fait.

Par ailleurs quel est le mot anglais pour la définition de "constituant" donnée par Baïlon et Dorlot? Je parierais que ce n'est pas "component".

C'est bien plus qu'un mélange de phase, c'est un constituant car dans le cas où il est stable il présente des propriétés spécifiques qui le distinguent du "simple mélange de phase".

à une pression donnée peut-être, mais ces propriétés spécifiques s'évanouissent des lors que la pression est changée. Cristallise un eutectique à Patm puis fond le à une autre pression, la fusion ne sera pas à une température fixe comme à Patm (tu passeras un pallier eutectique et ensuite tu auras un liquide + un solide), car le point eutectique se déplace avec la pression (la variance est de 1).

Ca reste pour moi un mélange de phase quelconque qui à une fusion eutectique à Patm, et c'est tout. C'est un concept pratique, mais pas fondamental comme le sont les notions de composants (ou "constituant" selon Prigogine et Defay) ou de phase.

m@ch3

[mach3]

Par ailleurs quel est le mot anglais pour la définition de "constituant" donnée par Baïlon et Dorlot? Je parierais que ce n'est pas "component".

pari perdu, la situation est encore pire que cela

On parle de component pour le "composant" de Baïlon et Dorlot, mais on parle aussi de eutectic component, pour le "constituant" de Baïlon et Dorlot...
Ca fait pas très cohérent comme vocabulaire. D'une part "an eutectic component is a mixture of phases" et d'autre part "a phase can be a mixture of components". Qui contient qui

Perso, je préfère mélange eutectique que constituant, au moins il n'y a pas d'ambiguïté, toute les personnes concernées sauront de quoi il est question.

Devrait-on donc abandonné constituant et gardé composant pour parler d'un corps pur?

m@ch3

[invitec2237721]

Ca fait pas très cohérent comme vocabulaire. D'une part "an eutectic component is a mixture of phases" et d'autre part "a phase can be a mixture of components". Qui contient qui

Pour moi les définitions données par Baïlon et Dorlot sont cohérentes, encore faut-il les comprendre.

La définition dit qu'un constituant est un mélange de phase mais ne dit en aucun cas que le constituant est une phase et encore moins qu'une phase est un ensemble de constituant.
Rappelons ce qui caractérise une phase :

une structure et un arrangement atomique identiques

Il y a manifestement un problème de définition. C'est un point qui mérite certainement une clarification afin que tous le monde parle de la même chose. Je comprends tout à fait que tu nommes "mélange eutectique " (et non pas constituant) un grain formé par un mélange de deux phases. Dans ce cas là, il serait plus judicieux d'utiliser le mot composant lorsque tu parle de constituant, cela éviterait toute ambiguïté. Un mot pour un sens. Cela libère le terme "constituant" qui peut alors être utilisé par les mauvais thermodynamiciens que sont les métallurgistes pour désigner un mélange de phase.

(P.S : j'apprécie cette échange )