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MODELE D’IMMOBILISATION DES CATIONS PAR UNE SURFACE
Une dispersion de particules solides dans une solution aqueuse constitue un système biphasé. Les deux phases en contact sont séparées par une interface où s’effectuent des échanges. Ces échanges mettent en jeu des réactions physiques ou chimiques, et peuvent être décrits par différents modèles. L’objectif de ce paragraphe est de présenter les différentes phénomènes pouvant s’opérer à l’interface solide/ électrolyte.
Deux types de modèles mécanistiques complémentaires permettent de décrire la fixation d’ions sur une surface chargée : le modèle de complexation de surface et le modèle de la double couche électrique. MODELES DE COMPLEXION DE SURFACES : D’après Alloway les cations métalliques et les groupes fonctionnels de la surface solide peuvent interagir selon trois modes pour former : un complexe de surface de sphère interne : l’ion ou la molécule adsorbé est en contact direct avec les groupes fonctionnels de surfaces.
un complexe de surface de sphère externe : une ou plusieurs molécules d’eau s’interposent entre l’ion et les groupes fonctionnels.
une nuée d’ions diffus : l’ion hydraté ne forme pas de complexe avec un groupement fonctionnel de la surface chargée, mais neutralise une charge de signe opposé appartenant à La surface adsorbante.
DESCRIPTION DU MODELE PHYSICO-CHIMIQUE : Les charges électriques fixes et variables des solides engendrent des propriétés électrostatiques. L’interface solide liquide. Ces charges sont compensées par un « nuage d’ions » en solution, nommé double couche, qui se Développe à proximité de la surface chargée. Plusieurs modèles successifs ont été élaborés pour la décrire.
MECANISME D’INTERACTION ENTRE UN SOLIDE ET UN CATION
Plusieurs phénomènes physico-chimiques interviennent au cours des transferts des éléments traces de la phase liquide vers la phase solide ou inversement : l’adsorption non spécifique, l’adsorption spécifique et la précipitation.
Ces processus physico-chimiques de rétention peuvent intervenir simultanément, avec une plus ou moins grande importance sur l’interaction totale entre les cations métalliques et la phase solide. ADSORPTION : De manière générale, l’adsorption se définit comme un processus résultant en une accumulation nette d’une substance ,l’interface entre deux phases contiguës, selon un arrangement en deux dimensions .
Selon les liaisons chimiques mises en jeu deux types d’adsorptions peuvent être distingués : l’adsorption non spécifique et l’adsorption spécifique.
METHODES ELECTROCHIMIQUES TRANSITOIRES
Les techniques électrochimiques ont permis d’appréhender l’étude selon deux points de vue. D’un point de vue phénoménologique d’abord, la caractérisation de l’adsorption est possible soit par suivi dans le temps du potentiel en circuit ouvert, caractéristique de la modification de l’interface entre un métal et son environnement, soit par voltamètrie cyclique à vitesse de balayage élevée. L’aspect plus quantitatif (courbes de polarisation à vitesse de balayage modérée, spectroscopie d’impédance …) permet, quant à lui, d’accéder à de vitesses de réaction et à des valeurs de paramètres physiques décrivant l’état du système (capacité de double couche, résistance de transfert, capacité du film,…). Les méthodes «électrochimique peuvent êtres classées selon deux groupes distincts : méthodes stationnaires et méthodes non stationnaire dites transitoires.
Les techniques stationnaires permettent d’étudier un système se trouvant dans un état quasiment d’équilibre thermodynamique ; elles prennent en compte tous les couples redox en solution dans la solution. Toutefois ces techniques restent insuffisantes pour caractériser les mécanismes complexes ; d’où l’utilisation des techniques transitoires restent indispensables. Les différentes méthodes transitoires se différencient les une des autres par la forme du signal respectifs appliqués: une impulsion, un balayage ou une modulation.
VOLTAMPEROMETRIE SUR ELECTRODES DITES MODIFIEES
Le développement de nombreux travaux portant sur la modification de la surface de l’électrode indicatrice par formation de films fins de polymère conducteur (ou pas) contenant des substances électroactives, pour aboutir à ce que l’on appelle communément une électrode modifiée a connu un essor considérable au cours des dix dernières années et le but d’une telle démarche est de répondre à un ensemble de préoccupations dont certaines sont apparues comme nouvelles en électrochimie.
Les principales sont les suivantes : Etudier les propriétés électrochimiques de composés fixés à la surface d’une électrode, et en particulier disposer d’une méthode électrochimique d’étude de composés insolubles.
Maîtriser la structure de l’interface électrode solution afin d’influencer l’efficacité et la sélectivité de la réaction électrochimique. Obtenir d’une façon générale une électrocatalyse de réaction en solution.
L’émergence du développement des recherches dans le domaine des électrodes modifiées a trouvé, dans certains cas, une solution aux problèmes liés à la détermination des caractéristiques électrochimiques des films .
ORIGINE DES POLLUANTS DU MILIEU AQUATIQUE
A cause du cycle de l’eau, les écosystèmes aquatiques sont susceptibles d’êtres contamines par des pollutions accidentelles ou chroniques. En rejetant les effluents contaminés dans le milieu aquatique, les activités humaines, industrielles, agricoles ou urbaines polluent les eaux. On peut distinguer trois grandes familles de pollution, la pollution physique, chimique et biologique. Le déversement dans le milieu aquatique de substance ou d’effluent contaminés n’est pas la seule cause de pollution des eaux de surface ou souterraines, en effet, l’eau de pluie permet aux polluants rejetés dans l’atmosphère de retomber sur les sols et lessive des zones pollués par ruissellement et /ou infiltration. De très nombreux molécules sont donc susceptibles de polluer les écosystèmes aquatiques, toutes fois, nous nous intéressons dans cette étude au polluant distincte ; les métaux lourds (Cd, Hg……) qui sont considérés comme des micropolluants puisqu’ils sont présent dans différents compartiments de l’environnement à l’état de trace. Ils n’en demeure pas moins des composés dangereux pour les êtres vivants, de par leur toxicité mais également leur persistance. Les pesticides constituent, quand à eux, un problème majeur de pollution d’origine agricole. Ils peuvent également se transformer une fois dans le milieu et donner d’autres molécules plus ou moins toxiques .
Table des matières
Introduction
Chapitre I : Aspect physico-chimique des interactions entre un solide et un cation
I.1 : Modèle d’immobilisation des cations par une surface
I.1.1 : Modèles de complexion de surfaces
I.1.2 : Description du modèle physico-chimique
I.1.2.1 : Le modèle de Gouy-Chapman
I.1.2.2 : Le modèle de Stern
I.1.2.3 : Le modèle triple couche
I.2 : Mécanisme d’interaction entre un solide et un cation
I.2.1 : Adsorption
I.2.1.1 : adsorption non spécifique
I.2.1.2 : Adsorption spécifique
I.2.1.3 : Echange ionique
I.2.1.4 : précipitation
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre II : Principe et théorie de base de l’électrochimie
II.1 : Interface électrode /électrolytes
II.2 : Courant dans un électrolyte
a- Courant faradique
b- Courant capacitif
II.3 : Méthodes électrochimiques transitoires
II.3.1 : Spectroscopie d’impédance électrochimique
a- Calcul de l’impédance faradique
b- Conditions d’utilisation et limites de la spectroscopie d’impédance
II.4 : Voltampérométrie
II.4.1 : Système rapide
II.4.2 : Système lents
II.4.3 : Système quasi-rapide
II.5 : Voltampérométrie sur électrodes dites modifiées
a- Electrodes modifiées par dépôt d’une monocouche d’espèce lectroactive
b- Electrode modifiée par un film polymère
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre III : Surveillance des écosystèmes aquatiques
III.1 : Origine des polluants du milieu aquatique
III.1.1 : Métaux lourds
a- Les réactions de complexation-dissociation
b- Les réactions de précipitation-solubilisation
c- Les réactions photochimiques
d- Les réactions biologiques
III.1.2 : Les pollutions aux pesticides
III.2 : Méthodes analytiques destines au contrôle de la qualité d’eau
III-2-1 : Techniques
III-2-2 : Capteurs (bio) chimiques
III-2-2-1 : Principe chemFETS
III-2-2-2 : Transducteurs électrochimiques
a- Les capteurs potentiométriques
b- Les capteurs ampérométriques
c- Les capteurs conductimétriques
d- Les capteurs à fibres optiques
III.2.2.3 : Principe d’un biocapteur
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre IV : Réalisation et résultats
IV.1 : Procédure expérimentale
IV.1.1 : Elaboration de l’électrode modifiée
a- Protocole de la mise au point de la membrane
b – Dépôt à la microgoutte
IV.1.2 : Présentation des polymères
IV.1.3 : Description du dispositif expérimental
Références bibliographiques
IV.2 : Caractérisation analytique des membranes
IV.2.1 : Préparation de la membrane et choix de l’ionophore
IV.2.2 : Effet de la tension de polarisation
IV.2.3 : Essai à blanc
IV.2.4 : Analyse des spectres d’impédance
IV.2.4.1 : Sensibilité
IV.2.4.2 : Limite de détection
IV.2.4.3 : Détermination du taux de recouvrement de l’électrode de platine
IV.2.4.4 : Reproductibilité
IV.2.4.5 : Durée de vie
IV.2.5 : Essai de voltamperometrie cyclique
IV.2.5.1 : Essai à blanc
IV.2.5.2 : Influence de la vitesse de balayage
Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre V : La spectroscopie d’impédance électrochimique appliquée aux études sur les inhibiteurs de corrosion
V.1 : Corrosion et protection
V.1.1 : Inhibiteurs de corrosion
V.1.2 : Inhibiteurs pour circuit de refroidissement
V.1.3 : Caractérisation de l’efficacité d’un inhibiteur
V.1.3.1 : Inhibition par passivation
V.1.3.2 : Inhibition par précipitation
V.1.4 : Caractérisation de l’efficacité d’un inhibiteur
V.2 : Evaluation de la corrosion par étude électrochimique
V.2.1 : Le mode d’actions des inhibiteurs
a- Adsorption simple
b- formation d’un film tridimensionnel
V.3 : Mesures électrochimiques
V.3.1 : Evolution du potentiel libre
V.4 : Conditions expérimentales
V.4.1 : Influence de la concentration en inhibiteur
Conclusion
Références bibliographiques
Conclusion Générale
Annexes
