Étude expérimental et optimisation de la cristallisation de CaCl2.6H2O pour la réduction de la surfusion

Abstract

Cette étude porte sur l’amélioration de la stabilité thermique du sel hydraté CaCl2.6H2O, en particulier la réduction de sa surfusion, phénomène qui limite son efficacité comme matériau à changement de phase. Plusieurs approches ont été explorées : congélation dirigée, utilisation de stabilisateurs ioniques (NaCl, KCl), ajout d’un agent de nucléation (SrCl2.6H2O) et combinaison de ces stratégies. La congélation dirigée favorise une nucléation homogène, permettant aux échantillons traités de cristalliser à environ 26 °C, contre 23–24 °C pour le témoin. Ce traitement améliore la structure cristalline en réduisant la formation de phases indésirables (CaCl2.4H2O ou eau libre), ce qui renforce la reproductibilité des cycles thermiques.L’ajout de NaCl ou de KCl induit une nucléation hétérogène en modifiant la structuration de l’eau autour des ions Ca2+. Toutefois, leur effet dépend fortement de la concentration : une dose excessive peut provoquer une séparation de phases ou abaisser trop la température de cristallisation, altérant ainsi les performances thermiques. L’agent SrCl2.6H2O, ayant une structure cristalline similaire à celle du CaCl2.6H2O, s’avère particulièrement efficace. À des concentrations de 1 à 3 %, il réduit la surfusion à seulement 1–3 °C (contre 15–20 °C sans additif), stabilise la température de fusion (~28–29 °C) et accélère la cristallisation. Cependant, à forte concentration (~5 %), il peut perturber l’équilibre thermodynamique. L’association de SrCl2.6H2O avec NaCl et/ou KCl crée une synergie intéressante : SrCl2 initie la cristallisation, tandis que NaCl/KCl préservent l’homogénéité du mélange. Cette approche mixte améliore la stabilité cyclique sans altérer la capacité thermique. En conclusion, la congélation dirigée et le SrCl2.6H2O offrent les meilleurs résultats, bien que le dosage optimal des additifs reste crucial pour éviter les effets secondaires.