L’électrochimie bipolaire, un nouvel outil pour la chimie analytique et les nanosciences

Points clés

Domaines : Matériaux et mesures/analyses.

Degré de diffusion de la technologie : Emergence I Croissance I Maturité.

Technologies impliquées : Ingénierie des procédés électrochimiques, Électrophorèse capillaire.

Domaines d’application : Conception de micro et nanoparticules dissymétriques, création de contacts électriques, élaborations de systèmes analytiques.

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité :

Centres de compétence : Université de Bordeaux 1, Institut des Sciences Moléculaires, groupe NSysA, Pessac. Université Paris Diderot, Laboratoire LEM, Paris. CEA, IRTSV, Laboratoire biopuces, Grenoble. INP Lorraine, Laboratoire LEM, Nancy.

Industriels :

Autres acteurs dans le monde : Drexel University, Philadelphia, USA. The University of Texas at Austin, Austin, USA. Uppsala University, Uppsala, Sweden. Linköping University, Linköping, Sweden. Philipps-Universität, Marburg, Germany. Wageningen University, Wageningen, Netherlands.

Si le phénomène de l’électrochimie bipolaire est connu depuis longtemps, son utilisation n’avait jamais été au-delà des quelques applications industrielles qui avaient commencées à être développées dans les années 1960. Depuis une dizaine d’années, elle semble revenir au goût du jour en permettant des applications très intéressantes pour la modification de surfaces notamment aux échelles micrométrique et nanométrique et pour la détection avec un accent sur l’élaboration de systèmes miniaturisés.

Le concept de l’électrochimie bipolaire repose sur le fait que lorsqu’un objet conducteur dans une solution est soumis à un champ électrique externe, il se polarise (i. e. il se produit un mouvement des électrons d’une extrémité à l’autre de l’objet conduisant à la formation d’une anode d’un coté et d’une cathode de l’autre).

Cet objet va alors devenir une électrode bipolaire et une différence de potentiel va être générée entre ses deux extrémités. Si cette dernière est suffisante, des réactions d’oxydoréductions vont, par conséquent, pouvoir se produire à ces extrémités : des réactions d’oxydation au pôle anodique couplées simultanément à des réactions de réduction au pôle cathodique.

Comme il a été mentionné précédemment, ce phénomène à d’abord été utilisé pour concevoir des réacteurs électrochimiques pour des applications industrielles telles que l’électrosynthèse ; cette utilisation de l’électrochimie bipolaire sortant du cadre de ce dossier ne sera pas développée ici.

De récents travaux ont montrés que les réactions générées grâce au champ électrique aux extrémités des électrodes bipolaires peuvent être utilisées pour concentrer, séparer et détecter optiquement ou électrochimiquement des composés, mais aussi pour propulser de manière contrôlée des objets, créer des circuits électriques et modifier de manière régiosélective des substrats ayant des tailles allant du centimètre jusqu’au nanomètre.

Ces récents travaux laissent présager à l’électrochimie bipolaire un très fort potentiel d’application dans un futur proche. Dans ce contexte, cette technique sera présentée, puis certaines applications seront développées dans ce dossier en insistant sur son utilisation dans les domaines de la chimie analytique et des nanosciences.