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RÉSUMÉ
Le réacteur électrochimique ou électrolyseur permet de réaliser des transformations chimiques à l'aide du courant électrique. La science de l'électrolyse date du début du XIXe siècle et dans les années qui suivirent, l'électrochimie permit d'identifier de nouveaux corps purs. Les premiers développements industriels apparurent au début du XXe siècle, puis de nombreux procédés d'électrolyse préparative se développèrent. Les procédés électrochimiques occupent aujourd'hui un rôle très important dans l'industrie chimique et de forts tonnages de produits métalliques et de minéraux sont produits chaque année.
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Pierre Millet : Ingénieur de l'institut national polytechnique de Grenoble - Maître de conférences à l'université Paris Sud
INTRODUCTION
Le réacteur électrochimique ou électrolyseur permet de réaliser des transformations chimiques à l'aide du courant électrique.
La science de l'électrolyse date du début du XIXe siècle, avec la découverte de l'électrolyse de l'eau. Dans les années qui suivirent, l'électrochimie permit d'identifier de nouveaux corps purs, devenant ainsi un important outil de synthèse. Les premiers développements industriels apparurent au début du XXe siècle, lorsque des dynamos suffisamment puissantes furent disponibles et, au cours du XXe siècle, de nombreux procédés d'électrolyse préparative se développèrent.
Les procédés électrochimiques occupent aujourd'hui un rôle très important dans l'industrie chimique et de forts tonnages de produits métalliques et de minéraux sont produits chaque année.
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1. Caractéristiques principales
Leur histoire s'écrit principalement au XIXe siècle. D'ailleurs, les termes employés aujourd'hui encore pour décrire les composants d'une cellule électrochimique (électrode, anode, cathode, électrolyte) ont été proposés en 1834 par Faraday [1].
C'est au chimiste anglais William Nicholson (1753-1813), ainsi quà Caulisle, qu'est attribuée la paternité de l'électrolyse de l'eau (1800). Après avoir lu les travaux de Volta sur les batteries électriques, il en construisit une lui même. Il découvrit alors qu'en immergeant les extrémités des conducteurs électriques dans l'eau, celle-ci était décomposée en di-hydrogène et di-oxygène, corps purs qui peuvent être récupérés séparément. Avec cette découverte, Nicholson devint le premier homme dont l'Histoire a gardé le nom qui réussit à effectuer une réaction chimique à l'aide de l'électricité.
Dans les années qui suivirent, de nombreux corps simples (alcalins, alcalino-terreux, halogènes, métaux) ont été préparés pour la première fois par voie électrochimique. Le sodium et le potassium ont été découverts en 1807 par le chimiste anglais Sir Humphrey Davy, de même que le lithium, en 1815. Le sodium a été obtenu par électrolyse de soude caustique fondue (le procédé moderne consiste à électrolyser un mélange de chlorure de sodium, de chlorure de calcium, et de baryum, fondus à 600 ˚C). L'aluminium a également été découvert par Davy (1808). Celui-ci ne parvint pas à mettre au point un procédé électrolytique de réduction de l'alumine qui a longtemps été préparée par réduction à partir de sodium, d'où son prix élevé.
En 1886, le français Paul Héroult découvrit que l'alumine se dissolvait dans la cryolite, ce qui permit ensuite la production électrolytique d'aluminium. Bayer mit au point un procédé permettant de passer de la bauxite (principal minerai naturel de l'aluminium) à l'alumine, ce qui permit de démarrer la production industrielle. Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, les quantités produites d'aluminium ont rapidement augmenté, pour atteindre 25 millions de tonnes/an.
Le chlore fut découvert dès 1772 par le suédois Scheele, par action de l'acide chlorhydrique sur le dioxyde de manganèse, mais les premiers brevets sur le procédé...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FARADAY (M.) - Experimental Researches in Electricity - , the London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science, Vol. 5, n˚ 27, september 1834.
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(2) - LEROY (R.L.), JANJUA (M.B.I.), RENAUD (R.), LEUENBERGER (U.) - * - J. Electrochem. Soc., 126 (1979) 1674-1682.
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(3) - NAGAI (N.), TAKEUCHI (M.), NAKAO (M.) - * - proceed. of PSVIP-4, June 3-5, 2003, Chamonix, France.
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(4) - HAMANN (C.H.), HAMNETT (A.), VIELSTICH (W.) - Electrochemistry - , Wiley-VCH, 1998.
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(5) - LANDOLT-BORNSTEIN - Zahlenwerte und Funktionien - , II. Band, 7. Teil. Springer-Verlag, Berlin, 1960.
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(6) - TREMILLON (B.), DURAND (G.) - Électrochimie. Fonctionnement des cellules d'électrolyse - , [J 1 608], 2001.
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Références bibliographiques générales
BARD (A.J.), FAULKNER (L.F.) - Electrochemical methods, fundamentals and applications - , Wiley-VCH, 1998.
BARSOUKOV (E.), MACDONALD (J.R.) - * - Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications, Wiley – interscience, 2005.
BOCKRIS (J. O'M.), REDDY (A.A.K.) - Comprehensive treatise of electrochemistry - , Plenum Press (1982).
HAUT DE PAGE2 Organismes. Associations (liste non exhaustive)
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Réacteurs électrochimiques à membrane pour la production d'hydrogène
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Association française de l'hydrogène
Exposition permanente sur l'hydrogène – énergie (réacteur électrochimique)
http://www.palais-découverte.fr
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