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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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2. Thermodynamique des interfaces électrochimiques
Une bonne compréhension des lois fondamentales de l'électrochimie passe par une représentation détaillée de la structure des interfaces entre un conducteur électronique et un conducteur ionique.
L'analyse thermodynamique permet :
-
de préciser la nature des équilibres qui s'établissent à ces interfaces, en absence de générateur externe ;
-
d'aborder la description des phénomènes dynamiques s'y produisant lorsque l'interface est mise hors équilibre par l'action d'un générateur externe.
2.1 Origine microscopique de la tension d'électrode
Les interfaces constituées d'une électrode (conducteur électronique, métal, ou semi-conducteur) et d'une solution électrolytique (conducteur ionique) ont la particularité d'être des interfaces électriquement chargées. Cela signifie qu'un excès de charges positives existe sur l'une des phases, et un excès de charges négatives sur l'autre. Cette charge électrique ne nécessite pas de générateur externe, elle apparaît dès que les deux phases sont mises en contact l'une avec l'autre, par transfert électronique de l'une vers l'autre.
Plus précisément, il se créé un équilibre dynamique entre les deux phases, le nombre de charges transférées de l'une vers l'autre, par unité de surface et de temps, étant compensé par un échange identique en sens inverse. Et c'est parce que ce transfert se fait spontanément et de façon réversible qu'il est possible, en modifiant les conditions d'équilibre interfacial (via le potentiel électrique), de faire passer des densités de courant parfois importantes (jusqu'à plusieurs A . cm−2 dans les électrolyseurs modernes) à travers ces interfaces. Précisons ces notions.
HAUT DE PAGE2.1.1 Équilibre chimique entre phases
L'énergie libre G d'une solution de plusieurs espèces non chargées (en négligeant les phénomènes de surface) est définie par :
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BIBLIOGRAPHIE
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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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(6) - TREMILLON (B.), DURAND (G.) - Électrochimie. Fonctionnement des cellules d'électrolyse - , [J 1 608], 2001.
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Références bibliographiques générales
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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
-
Association française de l'hydrogène
Exposition permanente sur l'hydrogène – énergie (réacteur électrochimique)
http://www.palais-découverte.fr
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