La porosimétrie par intrusion de mercure (MIP) est une technique de caractérisation de la structure poreuse des matériaux solides. Elle mesure la distribution de la taille des pores, le volume poreux total, la densité apparente et la surface spécifique en introduisant du mercure dans les pores sous pression contrôlée. La MIP est applicable à une large gamme de matériaux poreux incluant les catalyseurs, céramiques, matériaux de construction, produits pharmaceutiques et échantillons géologiques.
La technique exploite la propriété non mouillante du mercure, qui ne pénètre pas spontanément dans les pores en raison de sa tension superficielle élevée et de son angle de contact. Une pression externe est nécessaire pour forcer le mercure à entrer dans les pores. L’équation de Washburn relie la pression appliquée au diamètre des pores. Pour les pores cylindriques, la pression d’intrusion est inversement proportionnelle au diamètre des pores. Les instruments typiques couvrent des diamètres de pores d’environ 3 nm à 400 µm, nécessitant des pressions allant du vide à 60 000 psi ou plus.
Une expérience MIP se déroule en deux étapes. L’analyse à basse pression remplit le porte-échantillon, dégaze l’échantillon et remplit le pénétromètre avec du mercure à pression proche de l’atmosphérique, pénétrant les macropores au-dessus d’environ 6 µm. L’analyse à haute pression force le mercure dans les pores plus petits. Le volume intrudé est enregistré en fonction de la pression appliquée, générant la courbe d’intrusion cumulative.
La distribution de la taille des pores est dérivée de la dérivée de la courbe d’intrusion cumulative par rapport à la pression. Les graphiques différentiels et log-différentiels révèlent les tailles de pores dominantes et l’étendue de la distribution. La porosité totale est calculée à partir du volume intrudé total et du volume apparent de l’échantillon. La densité apparente est déterminée à partir du volume du pénétromètre et de la masse de l’échantillon. La densité squelettique est mesurée par pycnométrie à hélium.
L’hystérésis entre les courbes d’intrusion et d’extrusion indique des effets de réseau de pores. Les pores en forme de bouteille d’encre où des cols étroits relient des corps plus larges montrent un piégeage de mercure. La courbe d’extrusion fournit des informations sur la distribution de la taille des goulots des pores. La tortuosité et la perméabilité des pores peuvent être estimées à partir des données MIP à l’aide de modèles empiriques.
La préparation de l’échantillon nécessite un séchage pour éliminer l’eau adsorbée et les composés volatils sans altérer la structure des pores. Les échantillons sont dégazés sous vide. La verrerie du pénétromètre est nettoyée et calibrée pour chaque mesure. La manipulation du mercure nécessite des procédures de sécurité rigoureuses incluant le confinement des déversements, la surveillance des vapeurs et l’élimination appropriée.
La MIP est complémentaire de l’adsorption de gaz (BET/BJH) et des méthodes de microscopie. L’adsorption d’azote mesure précisément les mésopores en dessous de 50 nm, tandis que la MIP couvre à la fois les mésopores et les macropores. Le MEB fournit une visualisation directe mais une statistique limitée. La MIP offre des mesures globales statistiquement représentatives.
