université de montréal nanocomposites bore

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
NANOCOMPOSITES BORE-POLYMÈRES POUR APPLICATIONS DE
CARBURANTS SOLIDES
RICARDO JOSÉ PONTES LIMA
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE CHIMIQUE)
NOVEMBRE 2009
 Ricardo José Pontes Lima, 2009.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
NANOCOMPOSITES BORE-POLYMÈRES POUR APPLICATIONS DE
CARBURANTS SOLIDES
présenté par : PONTES LIMA Ricardo José
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d'examen constitué de:
Mme HEUZEY Marie-Claude, Ph.D., présidente
M. DUBOIS Charles, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. STOWE Robert, Ph.D., membre et codirecteur de recherche
M. LUSSIER Louis-Simon, Ph.D., membre

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REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier mes directeurs de recherche, monsieur Charles Dubois pour avoir eu
confiance en moi et m’avoir donné l’opportunité de vivre cette importante expérience dans ma
vie. Je remercie également monsieur Robert Stowe d’avoir soutenu ce projet de recherche en
fournissant les moyens nécessaires à sa réalisation. Je remercie son équipe de chercheurs,
particulièrement, Sophie Ringuette pour les discussions, les analyses et son importante
contribution pour l’interprétation des rapports de résultats. Merci à Oliver Mader pour son travail
de recherche, qui a renforcé l’importance de ce projet.
Je remercie monsieur Cédric Malveau, non seulement pour la qualité de son travail pour les
spectres de résonance magnétique nucléaire du bore, mais aussi pour les discussions et les
informations sur cette technique.
Merci à Jean Phillipe Masse, son travail de microscopie électronique a été très important. De
plus, ses explications et informations ont été fondamentales pour l’interprétation des résultats.
L’appui technique du département de Génie chimique a été très important pour la réalisation de
ce projet de recherche. J’aimerais alors dire merci aux techniciens du département. Ceux-ci sont
Jean Huard, Carol Painchaud, Martine Lamarche, Robert Delisle et Gino Robin. Merci pour la
qualité des travaux effectués, merci aussi pour l’appui et l’encouragement au long de cette
maîtrise.
Tous mes remerciements à mes collègues de travail et de bureau, spécialement à mon ami
brésilien Roberto pour son appui et son encouragement. Merci Babak pour l’aide dans le
laboratoire.

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RÉSUMÉ
Le bore est considéré un carburant de grand intérêt dans le domaine de l’industrie des matériaux
énergétiques. Favorisée par sa haute enthalpie de combustion, qui dépasse celle de tous les autres
métaux, l’utilisation du bore à titre de carburant est encourageante. Toutefois, les applications du
bore comme carburant demeurent encore restreintes à cause de certaines difficultés particulières.
Spécifiquement, l'existence d'une couche résiliente d'oxyde sur la surface des particules de bore
affecte l'allumage et la combustion du métal. On remarque souvent que la valeur théorique de
l’enthalpie d’oxydation du bore ne s’atteint pas complètement dans les applications de brûlage.
Plusieurs recherches visant à résoudre ce problème se trouvent dans la littérature. L’alliage du
bore à d’autres métaux et la fluorisation au lieu de l’oxydation sont des exemples de réussites
récentes. Dans le cadre de ce projet de recherche, nous avons produit des nanoparticules de bore
enrobées par un composé organique qui les protège de l’oxydation prématurée du métal. Ce
nanocomposite de bore a été incorporé dans une formulation d’un GAP/propergol (GAP -
polyazoture de glicydyl) visant à améliorer la performance énergétique du propergol.
Des études de brûlage comparatives entre un GAP/propergol et le GAP/propergol enrichi par le
nanocomposite de bore ont été réalisées afin de déterminer la contribution énergétique spécifique
à l’inclusion de ce métal dans la composition à base de GAP. Le bore a effectivement contribué à
augmenter l’énergie de combustion du nouveau carburant en libérant une importante quantité de
chaleur (ca 45 kJ/g). Cependant, ces études sont préliminaires et le nombre d’essais n’a été pas
assez élevé pour assurer une valeur précise de l’enthalpie de combustion du bore, qui devrait être
plus proche de la valeur théorique de 58 kJ/g. Il faudra donc approfondir l’étude avec de
nouvelles formulations de propergols en augmentent la masse de bore incorporée, pour ainsi
augmenter la précision de la mesure de la quantité de chaleur libérée par l’inclusion du métal.
Inévitablement, la réalisation de ce projet de recherche a contribué à l’avancement des
connaissances sur le sujet. Effectivement, ce travail représente une étape importante dans la

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résolution de la problématique de brûlage du bore, ce qui mènera dans le futur à la production
d’un propergol de haute performance énergétique.