Comportement coopératif de systèmes électrochimiques microstructurés lors d'une réaction bistable

Cooperative behavior of electrochemical micro-structured systems during a bistable reaction

• Auteur / Autrice : Sébastien Bozdech
• Direction : Elena R. Savinova, Antoine Bonnefont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 12/01/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Juan Miguel Feliu Martinez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katharina Krischer, Thomas Hermans
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Juan Miguel Feliu Martinez, Yannick De Decker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrochimie

Microélectrodes

Cinétique chimique non linéaire

Stabilité

Réactions chimiques

Mots clés libres

Réaction bistable

Bruit moléculaire

Phénomènes coopératifs

Bistable reaction

Molecular noise

Cooperative phenomena

Résumé

Les réactions non-linéaires peuvent donner naissance à des phénomènes coopératifs nouveaux dans des systèmes microstructurés en fonction de la taille des éléments actifs et du couplage entre eux. Nous avons étudié la dynamique de l'électrooxydation de CO, une réaction bistable présentant une branche de résistance différentielle négative en forme de S, sur une microélectrode de platine et des réseaux. Au voisinage d'une instabilité spatiale, une amplification du bruit moléculaire a été observée à cause de l'interaction avec la bifurcation spatiale. Le comportement dynamique est fortement affecté par la concentration en acide sulfurique et par la présence d'une faible quantité de chlorures dans la solution. Quand plusieurs microélectrodes sont couplées globalement, des comportements coopératifs nouveaux ont été mis en évidence comme l'émergence d'oscillations cohérentes et la présence d'un régime d'échange dynamique complexe faisant intervenir des processus inter et intra électrodes.

Nonlinear reactions may give rise to new cooperative phenomena when they occur in microstructured systems depending on the size of the active elements and on the coupling between them. We have studied the dynamics of CO electrooxidation, a bistable electrochemical reaction With an S-shaped negative differential resistance on single Pt microelectrode and on their array. For microelectrodes, close to a spatial instability threshold, strong enhancement of the molecular noise was observed due to its interaction With the spatial bifurcation. The dynamic behaviour of the reaction was shown to be strongly affected by the sulfuric acid concentration and by the presence of a small amount of chlorides in solution. When several microelectrodes are globally coupled, the emergence of new cooperative behaviour could be evidenced such as the emergence of coherent oscillations and the presence of a complex dynamic switching regime involving the interplay of inter and intra electrode processes.