Article de référence | Réf : J1600 v1

Naissance et évolution de l’électrochimie
Électrochimie - Présentation générale

Auteur(s) : Bernard TRÉMILLON, Gérard DURAND

Date de publication : 10 sept. 1999

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Présentation

Auteur(s)

  • Bernard TRÉMILLON : Ingénieur ESPCI - Professeur honoraire des universités - Ancien directeur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris

  • Gérard DURAND : Docteur ès sciences - Professeur à l’École Centrale Paris - Directeur du Laboratoire de Chimie et Génie des Procédés de l’ECP

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INTRODUCTION

Science moderne, l’électrochimie a offert à l’industrie de transformation de la matière, depuis plus d’un siècle, un grand nombre de procédés irremplaçables.

Par définition, un procédé électrochimique de transformation de la matière se distingue d’un procédé chimique par le fait que, au lieu de réactifs chimiques, c’est le courant électrique qui est utilisé pour obtenir la transformation. Le terme d’électrolyse, signifiant étymologiquement décomposition par l’électricité, a été introduit pour caractériser ce type de transformation chimique. L’opération s’effectue dans une cellule d’électrolyse, dans laquelle est placée la substance à transformer, en général dissoute dans un liquide pouvant être traversé par le courant et qu’on appelle électrolyte, et dans laquelle aboutit le circuit électrique permettant l’entrée et la sortie du courant au moyen de deux électrodes au contact de l’électrolyte.

Le fait d’éviter la mise en œuvre de réactifs chimiques (hormis ceux servant à la constitution de l’électrolyte) constitue a priori sur le plan industriel un avantage indéniable du point de vue de la commodité de fonctionnement, de la sécurité (pas de transport et de stockage de produits chimiques en dehors de celui à transformer et de ses produits de transformation), voire de l’économie (dans la mesure où seule la consommation d’énergie électrique, et non ses moyens de transport par lignes électriques, est à prendre en compte). En revanche, les processus et la technologie des réacteurs électrolytiques présentent une plus grande complexité, dont il peut résulter, d’une part, un coût d’investissement plus élevé que celui des réacteurs chimiques et, d’autre part, des difficultés à faire fonctionner en continu un tel réacteur dans certains cas.

À l’inverse de l’électrolyse « forcée » (en imposant le passage du courant électrique) qui consomme de l’énergie électrique pour produire une transformation chimique, des transformations électrolytiques spontanées dans une cellule constituée de manière adéquate sont productrices d’énergie électrique. Ces cellules constituent des sources de courant et/ou de tension électriques : on les a appelées couramment « piles » électriques ou « accumulateurs » de courant, mais on les regroupe aujourd’hui sous l’appellation de « générateurs électrochimiques » ou encore plus usuellement de « batteries » électrochimiques (avec une distinction entre batteries primaires, non rechargeables, et batteries secondaires, rechargeables).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j1600


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1. Naissance et évolution de l’électrochimie

C’est durant l’année 1800 que l’électrochimie est née, de deux expériences fondamentales. Tout d’abord, Alexandro Volta réalise à Pavie la première pile capable de produire une tension et un courant électriques, c’est-à-dire la première vraie source d’électricité. Cette pile est aussitôt reproduite, à des tailles variées, en Angleterre et Anthony Carlisle et William Nicholson se servent d’une telle source de courant pour électrolyser l’eau en produisant de l’hydrogène et de l’oxygène (confirmant ainsi après Lavoisier et d’autres que l’eau est bien un corps composé).

Dans les années qui suivirent, diverses autres expériences d’électrolyse furent tentées, notamment pour l’obtention de dépôts métalliques (celui du cuivre, par exemple, en 1803). En 1807, Humphrey Davy réalise sa célèbre expérience de formation de métaux alcalins (Na, K) par électrolyse de la soude ou de la potasse fondues. Les perspectives ouvertes par ces résultats sont telles que, pendant une grande partie du XIXe siècle, de nombreux chimistes (anglais, surtout, au début) ont considéré la naissance de l’électrochimie comme la véritable révolution chimique ouvrant l’ère de la chimie moderne (plutôt que les travaux de Lavoisier, dont il faut bien admettre que la consécration comme père de la chimie moderne fut l’œuvre de ses disciples français et resta longtemps surtout française).

Pour transformer ces différents essais de laboratoire en procédés électrolytiques industriels, possibilité très vite envisagée en Angleterre, il a cependant fallu attendre le développement de sources d’électricité plus exploitables que les piles électriques, même lorsque la pile de Volta fut supplantée par la pile Leclanché puis par l’accumulateur Planté (conçus tous deux en France, la première en 1857 et le second en 1859 — mais rechargeable couramment seulement après 1870), c’est-à-dire plusieurs décennies après les débuts évoqués ci-dessus. C’est l’invention de la dynamo (par Pacinotti, en 1860) et son développement commercial à partir de 1870 qui ont été le vrai point de départ pour la faisabilité de procédés électrolytiques industrialisables.

Hormis le raffinage électrolytique du cuivre, qui fut conçu par J.B. Elkington en 1865 et donna naissance à...

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