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Grenoble INP
EIP - GENIE ELECTROCHIMIQUE
EIP - GENIE ELECTROCHIMIQUE

THEME 2 (Equipe EIP)*



Depuis plus d'un siècle, les réacteurs électrochimiques sont utilisés dans l’industrie, comme pour la production de l'aluminium ou de chlore. Mais de nombreuses sociétés privées montrent aussi un grand interêt pour la synthèse électrochimique ou le retraitement des effluents industriels en utilisant des dispositifs électrochimiques. Les réactions électrochimiques sont des processus hétérogènes similaires aux réactions catalytiques. Ces réactions surfaciques singulières entraînent des limitations liées au transport de matière associé au transport de charges et au transfert de chaleur. C’est donc l’ensemble de ces processus qui affecte profondément les performances d’une cellule électrochimique.

D'autre part, la corrosion est un processus naturel qui détériore un métal en son oxyde ou son hydroxyde. Ce phénomène dépend des interactions complexes entre les matériaux et l'atmosphère environnante, la température, etc. Le coût annuel de la corrosion dans le monde  est de plus 3% du PIB mondial. Lutter contre la  corrosion est un défi mondial.

De nombreux travaux dans le groupe EIP concernent l’étude des dispositifs industriels (commerciaux) ou des systèmes électrochimiques industriels (batteries, cellules d’électrolyses, câbles ou filins métalliques, roulements, etc.). Bon nombre de nos investigations sont consacrées à modéliser et optimiser ces dispositifs. Dans notre groupe, l'approche multidisciplinaire (dont l’approche Génie des Procédés) est essentielle pour résoudre les problèmes complexes des réacteurs électrochimiques et de la corrosion des matériaux.

   
Figure 1: Compétences et Domaine d'applications du thème "Génie électrochimique"

Aujourd'hui, les énergies renouvelables sont par nature variables, donc sujettes à la fois à des intermittences journalières ou saisonnières. Dans ce contexte les dispositifs électrochimiques ont réussi à prouver leur applicabilité en matière de stockage d'énergie : batteries, électrolyseurs, piles à combustible, etc.

Notons aussi l’émergence des systèmes de bioélectrochimiques qui peuvent fournir  un courant électrique grâce à des bactéries électroactives en oxydant des polluants  issus des eaux usées. Récemment, de  nombreuses  entreprises cherchent à commercialiser ce type de dispositif. Par conséquent, l’étude de réacteurs bioélectrochimiques nécessite de trouver de nouveaux outils de caractérisation. Notre groupe de recherche (EIP) développe donc des approches originales pour répondre à ces nouveaux enjeux sociétaux.

Contacts généraux: Pr. Marian Chatenet (chef de groupe) et Dr. Jonathan Deseure(responsable thématique)

 Microbial bioelectrochemical systems (contact: Gérard Merlin)


Les systèmes bioélectrochimiques microbiens (BESS) sont en passe de devenir une réalité technologique pour l'élimination et la récupération des ions métalliques de déchets métallurgiques ainsi que de l'oxydation des eaux usées. Récemment, nous développons des modèles numériques pour calculer la distribution des concentrations de substrats, les surtensions et les gradients de pH dans l'épaisseur d’un biofilm qui impliquent de fait une distribution spatiale des espèces microbiennes. Nous développons également de nouveaux matériaux à partir de matériaux bio-sourcés permettant d'améliorer l'exo-électroactivité du biofilm (mousse de carbone).

 

(Anti) corrosion (contact: Virginie Roche)

 

La recherche de la prévention  de la corrosion concernant les matériaux métalliques biocompatibles est un grand défi pour la santé humaine. Depuis 2010, les verres métalliques biocompatibles à base de Ti, Fe, Mg sont étudiés, en raison de leurs propriétés mécaniques uniques, vis-à-vis de la biodégradation et la bioactivité. Nous étudions également la résistance à la corrosion des revêtements de nanocristalline (partiellement cristallisés). Enfin grâce à un dispositif de spectroscopie d'impédance électrochimique locale (SIEL) nous pouvons caractériser localement la réactivité hétérogène le long d’une surface (défauts, porosité ...).

 

 

Modelling and Electrochemical engineering (contact: Jonathan Deseure)

 

Afin d'améliorer la durée de vie des matériaux et les performances électrochimiques des cellules industrielles, la modélisation  associée aux techniques électrochimiques (les techniques électroanalytiques, spectroscopie impédance, capteurs, etc.) est un outil puissant pour analyser et comprendre les processus physico-chimiue.
Une approche dédiée est indispensable pour chaque dispositif (batterie, électrolyseur, etc.). Les batteries lithium ont besoin d'être intelligemment contrôlées pendant la charge pour augmenter leur durabilité; la pile à combustible est intrinsèquement contrôlée par des processus multiphysiques, ainsi la détection de défauts pendant le  fonctionnement est un défi ambitieux; la production intensive est indispensable pour l'exploitation industrielle des électrolyseurs, donc proposer de nouvelles stratégies de conception dans ce but fait partie des challenges auxquels nous participons. Dans la philosophie de travail du groupe EIP, un modèle électrochimique pertinent emploie un minimum de paramètres afin de prévoir le comportement de ces dispositifs.  Une parfaite superposition Modèles et Expériences n’est pas notre objectif, nous recherchons en premier lieu à identifier les processus qui contrôlent un générateur électrochimique afin d'améliorer ses performances et sa durabilité.

 

Rédigé par Jonathan Deseure

mise à jour le 8 février 2016

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