The evolution of electrochemistry: from the Volta cell to nanotechnologies

C’est l’invention, rendue publique en 1800, par Alessandro Volta de la pile portant son nom qui donne naissance à l’électrochimie, dont les premiers pas couvrent sensiblement toute la durée du XIX^e siècle. Pour la première fois, les scientifiques disposaient en effet d’une source de courant électrique durable permettant de produire des électrolyses, grâce auxquelles des progrès notables dans le domaine de la chimie devinrent possibles. Une étape importante dans la connaissance de cette nouvelle discipline fut franchie en 1833 quand Michael Faraday formula ses célèbres lois quantitatives et introduisit la notion de conduction du courant dans les électrolytes par migration des ions présents dans celui-ci. De nombreuses études sur la conductibilité des solutions d’électrolytes et sur la mobilité des ions furent alors entreprises, tandis que les thermodynamiciens tentaient de relier les forces électromotrices des piles aux quantités de chaleur qu’elles produisent. La fin du siècle vit s’affirmer la notion d’équilibre électrochimique, avec la formulation en 1889 par Walther Nernst de la relation qui porte son nom.

Tout au long de ce siècle, nombreuses furent les applications industrielles de l’électrochimie qui virent le jour. Tout d’abord, de nouveaux dispositifs de pile, plus convenables pour les applications que la pile de Volta, furent inventés et expérimentés : système de l’accumulateur au plomb inventé par le physicien français Gaston Planté en 1859, pile utilisant le système zinc/dioxyde de manganèse proposée en 1866 par l’ingénieur français Georges Leclanché… La galvanoplastie et l’électrométallurgie, notamment le raffinage électrolytique des métaux, sont devenues ensuite des activités industrielles importantes grâce à l’invention de la machine de Gramme en 1869, au moyen de laquelle des courants électriques plus intenses et plus permanents qu’avec les piles ou accumulateurs devinrent disponibles. C’est au cours des années 1880 que furent industrialisés divers procédés lectrolytiques, principalement le procédé Hall-Héroult pour l’obtention économique de l’aluminium en 1888.

Le passage au XX^e siècle marque le début de l’ère de l’électrochimie moderne, avec les développements, théoriques et expérimentaux, de la cinétique électrochimique et l’analyse quantitative des processus aux électrodes, avec la naissance de l’électrochimie analytique qui connut un développement considérable à partir de l’invention de la polarographie par le Tchèque Jaroslav Heyrovsky en 1922, enfin avec l’approfondissement des connaissances sur les propriétés des électrolytes, aussi bien aqueux que non aqueux, organiques qu’inorganiques, sans omettre les sels fondus. Un certain nombre de secteurs spécifiques aux noms variés se sont développés pendant toute la seconde moitié du XX^e siècle : électrochimie quantique, photoélectrochimie, spectroélectrochimie, spectroscopie d’impédance électrochimique, électrochimie de l’état solide, électrodes à surface modifiée, électrodes à membranes sélectives, etc.

Sur le plan des applications, celles-ci se sont encore diversifiées par rapport à celles du début du siècle, notamment dans le domaine des générateurs électrochimiques et dans celui, relié à la métallurgie, de la lutte contre la corrosion des métaux. En revanche, l’application des procédés électrochimiques dans le domaine de la synthèse organique (électrosynthèse), qui paraissait a priori prometteuse dans les années 1960 et 70, s’est avérée plutôt décevante.