Sciences Physiques - Chimie MP
Partie G : Électrochimie – Ch.3 : Corrosion et convertisseurs électrochimiques


Partie F : Électrochimie
Seq n° Titre Durée Date
Partie F Électrochimie
Seq 3 Corrosion et convertisseurs électrochimiques 4 h. '06/03
Prog off Potentiel de corrosion, Interpréter qualitativement un
intensité de courant de phénomène de corrosion uniforme
corrosion et densité de courant à l'aide de données exp, thermo et
de corrosion. cinétiques.
Corrosion uniforme en milieu Citer des facteurs aggravant de la
acide ou en milieu neutre corrosion.
oxygéné.
Corrosion différentielle par Interpréter qualitativement un
hétérogénéité du support ou du phénomène de corrosion
milieu. différentielle faisant intervenir 2
métaux à l'aide de courbes I-E.
Protection contre la corrosion : Exploiter des tracés de courbes
- revêtement ; courant-potentiel pour expliquer
- passivation ; qualitativement :
- anode sacrificielle ; - la qualité de la protection par
- protection électrochimique un revêtement métallique ;
par courant imposé. - le fonctionnement d'une anode
sacrificielle.
Approche cinétique de la Utiliser les courbes I-E pour
conversion énergie chimique- expliquer le fonctionnement d'une
énergie électrique pile électrochimique et prévoir la
valeur de la tension à vide.
Citer les paramètres influençant
la résistance interne du dispositif
électrochimique.
Conversion énergie électrique- Utiliser des courbes I-E pour
énergie chimique : expliquer le fonctionnement d'un
Caractère forcé de la tsfo électrolyseur et prévoir la valeur
Électrolyseur de la tension de seuil.
Recharge d'un accumulateur Utiliser les courbes I-E pour
justifier les contraintes dans la
recharge d'un accumulateur.
Approche documentaire : A
partir de doc sur des
accumulateurs (lithium ion,
nickel-métal hydrure, … ),
comparer la constitution, le
fonctionnement et l'efficacité de
tels dispositifs.
Prérequis Trsfo chimique MPSI
Ouverture

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Partie G : Électrochimie – Ch.3 : Corrosion et convertisseurs électrochimiques


Seq n° Titre Durée Date
Ch.3 Corrosion et convertisseurs électrochimiques 2h
I – Corrosion humide
II – Cinétique des convertisseurs électrochimiques
TP Pas de TP
TD Exercices 2h
DM
DS DS 5




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L'approche adoptée dans cette partie est principalement qualitative, et en dehors de l'étude
thermodynamique d'une pile, elle ne requiert aucun formalisme physique ou mathématique.
Les caractéristiques générales des courbes courant-potentiel sont présentées sur différents exemples
afin que les étudiants soient capables de proposer l'allure qualitative de courbes à partir d'un
ensemble de données cinétiques et thermodynamiques fournies.
Ces courbes sont utilisées pour justifier ou prévoir le fonctionnement de dispositifs d'intérêt
industriel, économique et écologique mettant en jeu la conversion énergie chimique-énergie
électrique ou énergie électrique-énergie chimique, qu'ils soient sièges de réactions d'oxydoréduction
spontanées (piles électrochimiques, pils à combustible, phénomènes de corrosion humide) ou
forcées ( électrolyseurs et accumulateurs).

L'ensemble des aspects étudiés donne lieu à des activités expérimentales qui visent à illustrer les
phénomènes présentés et à souligner l'intérêt des dispositifs électrochimiques pour la détermination
de grandeurs thermodynamiques et électrochimiques.

Les approches documentaires permettent de mettre en évidence la complexité de ces dispositifs de
conversion d'énergie, au-delà de l'aspect strictement électrochimique.

Objectifs :
Les compétences développées sont :
• Choisir de manière rigoureuse et décrire le système physico-chimique étudié ;
• Élaborer qualitativement des outils graphiques à partir d'un ensemble de données ;
• Pratiquer un raisonnement qualitatif à partir de représentations graphiques.




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Ch.3 Corrosion et convertisseurs électrochimiques

I. Corrosion humide
I.1. Définition et facteurs de corrosion
La corrosion d'un métal correspond à l'oxydation du métal en son ion métallique :
M = Mn+ + ne-
Il faut donc un oxydant et la réaction de corrosion se note : M + Ox = Mn+ + Red
• La corrosion est dite humide lorsque le métal est placé au contact d'une solution aqueuse.
Les facteurs de corrosion humide sont :
◦ Facteurs extérieurs : dioxygène dissout (O2), eau (vapeur atmosphérique ou pluie) H2O
(et H+ si milieu acide).
◦ Facteurs liés au matériau : état de surface, hétérogénéité de composition, hétérogénéité
de température.

I.2. Étude de la corrosion uniforme
La corrosion est dite uniforme si toute la surface du métal est attaquée de la même façon et si il n'y
a pas de circulation d'électrons au sein du métal. Ce cas est celui rencontré lorsque l'intégralité
d'une pièce métallique est immergée en solution aqueuse.
a. Prévision thermodynamique par lecture du diagramme E-pH
Il y a 3 domaines à connaître dans ce diagramme :
• Si le métal n'est pas attaqué par l'eau, on parle de domaine d'immunité.
• Si le métal est oxydé en sa forme ionique, on parle de domaine de corrosion.
• Si le métal est oxydé en une forme solide qui recouvre alors ce métal et le protège, on parle
de domaine de passivité.
Exemple : Étude de la corrosion du zinc à l'aide des diagrammes E-pH de l'eau et du zinc (figure 1).




Figure 1: Diagramme E-pH du zinc (convention de tracé : C0=10-1 mol.L-1)
• Donner les différents domaines sur ce diagramme et les réactions redox associées.
On peut distinguer 2 domaines :
Domaine de corrosion de pH=0 à 6,5 et pH>13,75
0<pH<6,5 : Zn oxydé en Zn2+ : Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2
pH>13,75 : Zn oxydé en Zn(OH)42- : Zn + 2 HO- + 2H2O= Zn(OH)42- + H2
Domaine de passivité de pH=6,5 à 13,75 : Le zinc est alors protégé par une couche d'hydroxyde de
zinc Zn(OH)2(s) en supposant que le précipité d'hydroxyde se répartit uniformément sur le métal :
Zn + 2H2O= Zn(OH)2 + H2

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Remarque :
• Si on fixe E<-0,79 V (par exemple avec un générateur), alors pour pH<6,5, on se retrouve
dans le domaine d'immunité du zinc. On a ainsi protégé le zinc de la corrosion.
• Notons que nous avons ici étudié uniquement l'action de l'eau sur le zinc. Si on a du
dioxygène dissout dans l'eau, il faut prendre en compte ce dioxygène dans l'étude de la
corrosion du zinc.

b. Prévision cinétique par lecture des courbes intensité-potentiel
On continue à étudier la corrosion hu...