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Auteur(s)
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Jean-Claude CATONNÉ : Docteur Ingénieur - Docteur ès Sciences Physiques - Sous-Directeur du Laboratoire d’Électrochimie industrielle,Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’électrochimie appliquée est une technique qui consiste à utiliser de l’énergie électrique pour produire de l’énergie chimique et réciproquement.
Elle est utilisée tant en production qu’en analyse.
Directement ou non, les applications de l’électrochimie débouchent dans de nombreux domaines de l’industrie. Cette spécialité rassemble donc un large éventail d’ingénieurs et de techniciens confrontés aux problèmes les plus divers.
En dehors du secteur analytique, on définit habituellement quatre autres secteurs d’application de l’électrochimie.
— L’électrochimie préparative (minérale, organique, etc.), qui débouche en particulier sur les concepts modernes du génie des procédés (génie chimique, électrochimique, ingénierie, etc.).
— L’électrochimie des générateurs (accumulateurs, piles rechargeables ou non, supercondensateurs, etc.).
— L’électrochimie de la corrosion et de l’anticorrosion (le traitement de surface des matériaux métalliques est probablement le secteur le plus marqué par l’ampleur des évolutions depuis ces dix dernières années).
— La bioélectrochimie, à laquelle on peut aussi rattacher les méthodes électrophorétiques de séparation.
Si tous ces secteurs ont l’électrochimie pour dénominateur commun, l’origine des ingénieurs et des techniciens qui les occupent est toutefois fort diversifiée. Certains sont proches de la mécanique et de l’électricité. D’autres, au contraire, sont plus sensibles à son aspect chimique.
Tous rencontrent cependant la même difficulté pour résoudre les problèmes : souvent, en effet, la démarche qu’ils ont à entreprendre doit s’étendre bien au-delà des frontières arbitraires du secteur qui les concerne.
Pour être complète, cette démarche doit être phénoménologique, mais aussi quantitative, selon que l’on veut aboutir à un calcul exact ou à un ordre de grandeur. Pour cela, l’ingénieur doit disposer d’au moins deux outils complémentaires : l’expression des lois ou des règles de calcul et la valeur des constantes ou des grandeurs caractéristiques qui leur sont attachées.
L’objet de la rubrique Constantes d’électrochimie appliquée est non seulement de fournir les moyens d’exploitation de ces lois et de ces règles, mais aussi de regrouper, dans un même recueil, les constantes et les grandeurs caractéristiques qui s’y rattachent.
Pour plus de détails, le lecteur pourra se reporter aux articles de la rubrique Électrochimie du traité Génie des Procédés.
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Tension aux bornes d’une cellule électrochimique
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1. Grandeurs électrochimiques de base
Considérons un procédé électrochimique de fabrication et cherchons à exprimer Um , son énergie massique d’exploitation. À chaque instant, Um est donné par le produit de la tension V aux bornes et de la quantité d’électricité Q dépensée, divisé par la masse m convertie par voie électrochimique :
V et Q sont deux grandeurs liées ; la tension aux bornes de la cellule est le facteur intensif dans l’expression de l’énergie, tandis que la quantité d’électricité représente le facteur extensif associé.
Q, produit de l’intensité débitée I par le temps t , et m sont liés par la loi de Faraday.
Les relations s’écrivent :
( 1 )
avec :
- A :
- masse molaire du réactif (ou la masse atomique, pour les éléments simples)
- F :
- constante de Faraday, qui vaut environ 96 489 C · mol–1 (souvent arrondis à 96 500) et qui représente le produit de la valeur absolue de la charge élémentaire de l’électron exprimée en coulombs (1,602 · 10–19) par le nombre d’Avogadro (6,023 · 1023 g · mol–1)
- n :
- nombre d’électrons mis en jeu dans la réaction.
La quantité d’électricité débitée Q s’exprime en coulombs si l’intensité est donnée en ampères et le temps en secondes. Souvent, ou adopte les ampères-heures (Ah) ou les ampères-minutes (A min)....
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