L'absorption est le processus par lequel une substance (atomes, molécules ou ions) est incorporée à l'intérieur du volume d'une autre phase — gaz, liquide ou solide — et non simplement retenue à sa surface. Il s'agit d'un phénomène physico-chimique qui peut être réversible ou irréversible selon la nature des interactions entre l'absorbat (la substance absorbée) et l'absorbeur (le milieu hôte). L'absorption implique souvent un transport diffusif au sein de la phase receveuse et peut s'accompagner de réactions chimiques si des liaisons se forment entre les espèces.

Ce processus est distinct de l'adsorption. Dans l'absorption, les molécules pénètrent en profondeur dans le volume du matériau ; dans l'adsorption, elles restent à la surface. Un terme plus général est la sorption, qui couvre l'absorption, l'adsorption et l'échange d'ions.

Mécanismes et facteurs influençant l'absorption

  • Diffusion : le transport des molécules à l'intérieur de la phase absorbante est souvent gouverné par les lois de diffusion (par exemple les lois de Fick). La vitesse et l'étendue d'absorption dépendent du gradient de concentration, de la porosité et de la structure du matériau.
  • Solubilité et coefficient de partage : pour l'absorption d'un gaz dans un liquide ou d'un soluté entre deux liquides, la solubilité et le coefficient de partage (ou distribution) déterminent la quantité qui sera absorbée à l'équilibre.
  • Interactions chimiques : l'absorption chimique (chémosorption en phase solide ou réaction en solution) implique la formation de composés nouveaux (ex. CO2 réagissant avec des amines). Elle est souvent plus spécifique et moins réversible que l'absorption physique.
  • Température et pression : la température influence la solubilité et la diffusion (généralement, une augmentation de température diminue la solubilité des gaz dans les liquides mais augmente la vitesse de diffusion). Pour les gaz, la pression partielle conditionne l'absorption selon la loi de Henry (au bas régime).
  • Nature du matériau : porosité, cristallinité, présence de sites actifs ou de pièges atomiques (ex. absorption d'hydrogène dans les métaux) jouent un rôle majeur.

Types d'absorption

  • Absorption physique : liée aux forces de van der Waals ou interactions faibles ; généralement réversible et dépendante de la solubilité et de la pression.
  • Absorption chimique : formation de liaisons chimiques entre l'absorbat et l'absorbeur (ex. absorbants chimiquement réactifs) ; souvent irréversible ou nécessitant des conditions particulières pour la désorption.
  • Absorption en phase solide : incorporation d'atomes ou de petites molécules dans la structure d'un solide (ex. hydrogénation des métaux, intercalation dans des couches d'argiles).
  • Absorption en phase liquide : dissolution d'un gaz ou d'un soluté dans un liquide (ex. CO2 dissous dans l'eau, médicaments dissous dans le sang).

Lois et grandeurs utiles

  • Loi de Henry : pour de faibles concentrations, la concentration d'un gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à sa pression partielle au-dessus du liquide (c = k_H · p), k_H étant la constante de Henry.
  • Coefficient de partage (K) : ratio des concentrations d'un soluté entre deux phases à l'équilibre ; utilisé en extraction liquide-liquide et en chromatographie.
  • Lois spectroscopiques : en absorption optique, la loi de Beer–Lambert relie l'absorbance A à la concentration c par A = ε · l · c (ε = coefficient d'extinction molaire, l = longueur de trajet).

Différences clés entre absorption et adsorption

  • Localisation : absorption = pénétration dans le volume ; adsorption = accumulation à la surface.
  • Capacité : les matériaux absorbants ont souvent une capacité liée au volume (p. ex. solubilité), tandis que l'adsorption est limitée par la surface disponible.
  • Énergie : l'adsorption peut être physisorbante (forces faibles) ou chimisorptive (liaisons fortes) ; l'absorption physique repose sur solubilité/diffusion, l'absorption chimique implique une transformation.
  • Réversibilité : l'adsorption physisoptionnelle est souvent réversible ; l'absorption chimique est généralement moins réversible.
  • Exemples pratiques : adsorption = adsorption de gaz sur un charbon actif ; absorption = dissolution d'un gaz dans un liquide ou absorption d'hydrogène dans un métal.

Applications pratiques

  • Traitement des gaz : absorption de CO2, SO2 dans des tours de lavage avec des solutions chimiques ou physiques (désulfurisation, captage du carbone).
  • Pharmacie et physiologie : absorption des médicaments au niveau intestinal; biodisponibilité dépendante solubilité et membranes biologiques.
  • Stockage d'énergie : absorption d'hydrogène dans des alliages métalliques pour stockage solide de l'hydrogène.
  • Procédés industriels : extraction liquide-liquide, purification, séchage par absorption (ex. dessiccants liquides), chromatographie (partition).
  • Optique et acoustique : matériaux absorbant la lumière (pigments, filtres) ou le son (mousses acoustiques).

Mesure et méthodes d'étude

  • Techniques gravimétriques et volumétriques pour quantifier l'absorption de gaz.
  • Spectroscopie (UV‑vis, IR) pour mesurer l'absorbance et la concentration en solution.
  • Calorimétrie pour évaluer l'enthalpie d'absorption, utile pour distinguer absorption physique et chimique.
  • Analyse cinétique (suivi temporel) pour déterminer les mécanismes limitants — diffusion intraparticulaire, transfert de masse à la surface, réaction chimique.

Autres significations du terme "absorption"

  • Optique : atténuation de l'intensité d'une onde électromagnétique dans un milieu, décrite par le coefficient d'absorption et la loi de Beer–Lambert.
  • Acoustique : dissipation d'énergie sonore par un matériau (coefficient d'absorption acoustique).
  • Physiologie : passage des nutriments et des médicaments à partir du tube digestif vers la circulation sanguine.
  • Physique des matériaux : absorption d'énergie (par exemple choc, rayonnement) par un matériau.
  • Économie et gestion : notion d'absorption des coûts ou de la capacité d'absorption d'un marché (capacité à intégrer des ressources ou des pertes).

En résumé, l'absorption recouvre un ensemble de phénomènes où une substance est intégrée dans le volume d'une autre phase. Comprendre ses mécanismes, ses lois et ses différences avec l'adsorption est essentiel dans de nombreux domaines scientifiques et industriels, de la chimie des procédés à la pharmacologie et aux sciences des matériaux.