Cellules électrochimiques produisant du gaz : suivi de l'électrolyse par émission acoustique et effets de la mouillabilité des électrodes sur le flux des charges électriques
Auteur / Autrice : | Charles Brussieux |
Direction : | Mohammed Rakib |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des procédés |
Date : | Soutenance le 27/07/2011 |
Etablissement(s) : | Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne) |
Jury : | Président / Présidente : Patrick Perré |
Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Rakib, Marian Chatenet, László I. Kiss, Hervé Roustan, Philippe Viers | |
Rapporteur / Rapporteuse : Marian Chatenet, László I. Kiss |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Certains procédés d'électrolyse industriels, comme ceux de production de fluor et d'aluminium, génèrent du gaz sur des électrodes peu mouillées par l'électrolyte. Dans ces procédés, la convection est en grande partie induite par le mouvement des bulles. Le temps de résidence du gaz n'étant pas maitrisé, la modélisation de ces électrolyses se heurte à de nombreux défis. Ce travail propose un état des connaissances nécessaires à la modélisation de ce type de cellules. Après avoir mis au point une méthode permettant de réaliser des électrodes fortement hydrophobes, nous avons étudié le dégagement gazeux que celles-ci produisent. Nous avons observé que les bulles qui s'y forment croissent par coalescence et ce phénomène affecte la vitesse de croissance et la taille au détachement. Par la suite, nous avons démontré qu'en localisant le dépôt hydrophobe il est possible d'obtenir une population de bulles dont le nombre, la taille et la position sont maitrisés. Nous avons constaté que l'émission acoustique est un outil efficace pour mesurer, sans observation visuelle, la taille et la vitesse d'ascension des bulles produites par électrolyse. La fréquence la plus énergétique du spectre des salves d'émission acoustique des cellules d'électrolyse produisant du gaz permet, quand la fraction volumique de gaz est faible, de mesurer la taille de toutes les bulles dans la cellule. Quand les bulles sont nombreuses et denses, cette même fréquence est liée aux dimensions de la cellule, à la densité de courant, à la taille des bulles et à la fraction volumique en gaz dans le panache. Nous avons proposé une explication à cette observation basée sur l'hypothèse d'un couplage acoustique des bulles. En l'absence d'agitation vigoureuse, l'activité acoustique d'une cellule d'électrolyse produisant des bulles traduit l'importance du transport de matière aux électrodes. La mesure de la répartition de la densité de courant par la méthode des électrodes segmentées dans une cellule en convection libre a été réalisée. Cette étude a été menée dans le but de tester un outil de simulation numérique des cellules d'électrolyse produisant du gaz. L'effet de la mouillabilité de l'électrode sur la répartition du courant a été évalué.