Vérification des modèlles théoriques de transfert de matière par la méthode électrochimique.

Abstract

Le présent travail est consacré à la vérification expérimentale des modèles théoriques de transfert de matière par la méthode électrochimique. Cette confrontation théorie-expérience nous a permis d’apprivoiser le domaine électrochimique et notamment l’impédancemètrie. Pour y parvenir, le système classique Ferri/Ferro en milieu sulfate sur l’électrode à disque tournant a été utilisé. L’objectif général de notre étude a été de comprendre les liens existant entre les phénomènes de transfert à l’interface liquide-solide et la réponse du système en régime stationnaire et dynamique (non stationnaire). A cet effet, des courbes de polarisation et des diagrammes d’impédance électrochimique ont été établis pour différentes conditions opératoires. L’analyse des courbes intensité- potentiel nous a permis de mettre en évidence les plateaux diffusionnels cathodiques et anodiques correspondant aux processus d’oxydo-réduction des ions ferreux Fe2+ et Fe+3. La hauteur de ces plateaux diffusionnels est une fonction croissante de la vitesse d’agitation, de la concentration initiales en ions Ferri/Ferro et de la température. A des températures élevées, des fluctuations de courant engendrées par les instabilités du milieu ont été observées. Cet effet de la température induisant une évolution favorable de l’hydrodynamique laisse ressortir la corrélation existant entre les forces de flottabilités (poussé d’Archimède) en convection naturelle et l’agitation mécanique en convection forcée. L’exploitation des courbes intensité-potentiel en convection forcée, nous a permis de déterminer les valeurs du courant limite de diffusion et de tracer les diagrammes de Levich. Nos résultats expérimentaux ont montré qu’au-delà d’une certaine vitesse de rotation critique de l’électrode, les variations du courant limite de diffusion en fonction de la racine carrée de la vitesse de rotation se placent bien sur des droites qui passent par l’origine, comme le laisse prévoir la loi de Levich. Cependant, des écarts ont été observés aux faibles vitesses de rotation de l’électrode en raison de la prépondérance des effets diffusifs sur les effets convectifs. L’exploitation des courbes de Levich nous a permis de déterminer le coefficient de diffusion moléculaire des ions Ferri/Ferro dans différentes conditions. Il nous a été possible d’obtenir sa dépendance en fonction de la température qui nous a servi ensuite d’étalon pour compenser les effets thermiques. A cet effet, un protocole de Thermocompensation des mesures effectuées à différentes températures a été élaboré et son efficacité a été démontrée. Conclusion générale 76 Les travaux de Marchiano et. Arvia permettent l’exploitation des résultats expérimentaux obtenues sur une électrode immobile (convection naturelle) qui sont compatibles avec un contrôle diffusionnel. Par ailleurs, Nous avons également constaté qu’une faible concentration initiale en ion ferreux semble être un paramètre d’un rôle déterminant pour ce type de transfert. Pour une meilleure représentativité de nos résultats expérimentaux obtenus en régime stationnaire, nous avons établi des corrélations adimensionnelles de transfert de masse et qui sont en parfait accord avec les modèles théoriques de Levich et Marchiano, basés sur la résolution de l’équation de diffusion convection. En régime dynamique, nous avons montré qu’il est possible d’étudier le transfert de masse en convection naturelle et forcée à travers les mesures d’impédance dans le domaine à basse fréquence. A travers l’étude comparative menée sur l’évolution des diagrammes d’impédance obtenus nous avons montré que nos résultats expérimentaux sont bien corrélés avec les modèles théoriques de type Warburg pour un processus de diffusion-convective. Perspectives: Pour renforcer les connaissances d’impédance électrochimique, nos résultats devront être étendus par : . une simulation mathématique pour modéliser les comportements électriques de l’interface par des circuits électriques équivalents L’identification des paramètres des circuits proposés nous permettra de déterminer les paramètres de contrôle de la convection naturelle et forcée, notamment le temps de transport voire le coefficient de transfert de masse. . Un protocole de thermo-impédance permettant également de compenser les effets thermiques. . autres interfaces plus complexes telle que les interfaces utilisant les bains galvaniques comme