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Oudot, Magaly. Mécanismes de formation, dégradation et régénération de couches d'oxydes à la surface d'électrodes métalliques sous polarisation en milieu cryolithique

Oudot, Magaly (2014). Mécanismes de formation, dégradation et régénération de couches d'oxydes à la surface d'électrodes métalliques sous polarisation en milieu cryolithique.

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Résumé en francais

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche visant à élaborer une anode permettant de dégager de l'oxygène dans un électrolyte de cryolithe fondue à environ 960°C, et dont l'utilisation supprimerait les émissions de dioxyde de carbone du procédé de production d'aluminium par électrolyse. L'objectif a été de comprendre les mécanismes de formation, dégradation et régénération de couches d'oxydes à la surface d'anodes métalliques en milieu cryolithique fondu. Le type d'anode étudié est un alliage ternaire Ni-Fe-Cu recouvert d'une couche d'oxyde protectrice. Les réactions se produisant dans les alliages ternaires étant complexes, la démarche a consisté à étudier dans un premier temps les mécanismes d'oxydation impliqués pour les métaux purs, avant d'étendre l'étude aux alliages binaires et ternaires. Les techniques électrochimiques in situ (voltammétrie linéaire, électrolyse intentiostatique/relaxation de potentiel en circuit ouvert, électrolyse potentiostatique) associées à des caractérisations physico-chimiques ex situ ont permis d'identifier les produits de corrosion. Des diagrammes d'équilibre ont également été déterminés pour aider à la compréhension des réactions impliquées, en calculant l'état d'équilibre du système anode/électrolyte en fonction du potentiel électrochimique et de la teneur en alumine de l'électrolyte. Parmi les conditions d'oxydation testées, la pré-oxydation sous CO2 à 900 °C des électrodes métalliques s'est révélée la plus adaptée pour former des couches d'oxydes denses et adhérentes à la surface des anodes. L'étude électrochimique des anodes pré-oxydées a mis en évidence d'importants phénomènes de transport intermétallique dans l'alliage et une réaction entre couches d'oxydes et milieu cryolithique. Ces phénomènes entraînent une dégradation rapide de l'anode, conduisant, selon la composition de l'alliage, à une perte d'adhérence des couches d'oxydes ou à une dissolution sélective du fer contenu dans l'alliage. Ces phénomènes tendent à prouver que les conditions qui permettraient de former une couche protectrice à la surface d'une anode métallique sont, si elles existent, très restreintes. Plusieurs axes d'étude sont proposés pour la suite du projet, parmi lesquels l'élaboration d'une anode sur laquelle une couche de ferrite de nickel est pré-déposée, l'ajout dans l'alliage d'un élément permettant de réguler le transport intermétallique, ou l'utilisation d'un électrolyte basse température pour diminuer la solubilité des couches d'oxydes ainsi que les phénomènes de diffusion dans les phases solides.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Cassayre, Laurent
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Génie Chimique (LGC), UMR 5503
Mots-clés libres :Électrochimie - Cryolithe - Alliages métalliques - Anode inerte - Thermodynamique - Corrosion
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :17 Oct 2019 13:02