Thèse soutenue

Caractérisation thermodynamique, microstructurale et cinétique d’alliages de palladium au contact de l’hydrogène : application aux procédés de purification par perméation gazeuse

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Auteur / Autrice : Joseph Rostand Ngameni Jiembou
Direction : Pierre Millet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science des matériaux
Date : Soutenance en 2010
Etablissement(s) : Paris 11
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne2006-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide
autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Girerd
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Millet, Jean-Jacques Girerd, René Le Gall, Ioannis Ignatiadis, Bertrand Morel, Christophe Lombard
Rapporteurs / Rapporteuses : René Le Gall, Ioannis Ignatiadis

Résumé

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Les membranes métalliques à base d’alliage palladium-argent sont utilisées dans l’industrie pour la purification d’hydrogène moléculaire par perméation gazeuse. L’utilisation de telles membranes pose certains problèmes. Il est nécessaire (i) d’augmenter les flux de perméation ; (ii) d’augmenter les durées de vie et de maintenir les performances ; (iii) de diminuer les coûts (développement de membranes de faible épaisseur). Cela impose de pouvoir mesurer in situ, séparément et quantitativement, les contributions cinétique de surface (chimie – dissociation de H₂) et de volume (transport de H par diffusion). Nous avons comparé les mécanismes d’insertion de l’hydrogène dans des membranes d’alliage palladium-argent par voie électrochimique et par voie chimique. Les diagrammes d’impédance électrochimique ont été mesurés à partir de sauts de potentiel. Les diagrammes d’impédance pneumato-chimique ont été mesurés à partir de sauts de pression. Les constantes cinétiques de chacune des étapes du mécanisme ont été mesurées. Nous avons ensuite étudié l’insertion de l’hydrogène gazeux dans des membranes métalliques ayant un état de surface (texture et micro-rugosité) et une microstructure en volume (taille et densité de grains) contrôlée. Les valeurs de la résistance de surface et du coefficient de diffusion de l’hydrogène ont été mesurées en fonction de la température. En mesurant l’impédance de membranes d’épaisseurs différentes, nous avons montré que la cinétique était contrôlée par l’étape de surface. En augmentant la micro-rugosité de surface par dépôt électrochimique de noir de palladium, nous sommes parvenus à réduire la résistance de surface et à mettre en évidence une impédance de type diffusionnelle.