Croissance électrochimique d`or à l`interface air/liquide

N° d'ordre : 2400 THESE
PRESENTEE A
L'UNIVERSITE BORDEAUX I
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Par M. SALIBA Raphaël
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPECIALITE : Physico-Chimie de la Matière Condensée
Croissance électrochimique d'or à
l'interface air/liquide
Soutenue le : 12 novembre 2001
Après avis de : M. G. Stremsdoerfer Rapporteurs
M. D. Lincot
Devant la Commission d'examen formée de :
M. C. Vidal, Professeur Président
Mlle F. Argoul, Directeur de Recherche Rapporteur
M. D. Lincot, Directeur de Recherche Examinateurs
M. C. Mingotaud, Chargé de Recherche
M. S. Ravaine, Maître de Conférence
M. G. Stremsdoerfer, Professeur
M. D. R. Talham, Professeur

A ma petite grand-mère …

Je remercie Monsieur Vidal d'avoir accepté de présider le jury de ma thèse.
Je remercie également Monsieur Stremsdoerfer et Monsieur Lincot qui ont accepté d'être les
rapporteurs de mon manuscrit.
Je tiens à remercier Monsieur D. R. Talham, Professeur à l'université de Floride pour avoir
accepté de venir participer au jury de ma thèse.
Je remercie Monsieur Didier Roux, directeur du Centre de Recherche Paul Pascal, pour
m'avoir accueilli durant les trois années de ma thèse .
Je remercie Serge Ravaine et Christophe Mingotaud pour leur encadrement et leur aide à
l'aboutissement de ce travail.
Je remercie tout particulièrement Françoise Argoul pour son soutien et pour nos discussions
très enrichissantes qui ont beaucoup apportées à ce travail.
Je remercie François Nadal, Cédric Vaillant, Jean Delour (qui avec moi constituaient à
l'époque les trois autres plus beaux gosses du laboratoire) pour tous les bons moments que
nous avons passés.
Je remercie Jean-Christophe pour sa patience durant la rédaction de ce manuscrit pour avoir
partagé l'ordinateur de notre bureau durant de longs mois…
Je salue : Gemma, Cristina, Marion, Sylwia, Brigitte, Lydie, Gilles, Antonio, Stéphane,
Pierre, Jean-Baptiste, Vincent, David et tous les autres thésards, postdocs et stagiaires du
laboratoire. Nos discussions au moment des pauses cigarettes ou du thé vont me manquer.
La bonne humeur de Nadine, Béatrice (dite de l'accueil) et de Marilyne va également me
manquer.
Je n'oublie pas l'ensemble des chercheurs, ingénieurs, techniciens et personnels administratifs
qui font partie de ce laboratoire et que je salue.
Je remercie mes parents et mes amis pour leur soutien.
Enfin, je remercie tout spécialement ma femme, Anne-Gaëlle, qui m'a supporté, soutenu,
encouragé durant toute la durée de ce travail.

1
Table des matières
Introduction 5
1 Le contrôle de la morphologie des dépôts métalliques 9
BIBLIOGRAPHIE 25
2 Définition du système expérimental choisi 29
A. TECHNIQUES ELECTROCHIMIQUES 29
A.1 Introduction sur les processus électrochimiques 30
A.1.1 Formule de Nernst 30
A.1.2 La densité de courant j 31
A.1.3 Les processus de transport 33
A.2 Les techniques électrochimiques 34
A.2.1 Le dispositif électrochimique 34
A.2.2 Les méthodes impulsionnelles 35
A.2.3 La voltampérométrie cyclique 40
B. LE FILM DE LANGMUIR 43
B.1 Présentation générale 44
B.2 Le choix du système étudié 48
B.2.1 Le choix du type d'interaction 48
B.2.2 Choix du tensioactif et du sel métallique 49
B.3 Interactions entre la monocouche et les ions AuCl4- en solution 51
B.3.1 Isothermes de compression 51
B.3.2 Microscopie à l'angle de Brewster 55
B.4 Influence du tensioactif sur la réduction interfaciale des ions AuCl4- 60
B.4.1 Réponse voltammétrique de HAuCl4 60
B.4.2 Etude en présence de tensioactif 61
C. UN DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL PARTICULIER 65
C.1 Le montage 65
C.2 La calibration 67

2
D. CONCLUSION 69
BIBLIOGRAPHIE 71
3 Elaboration de dépôts d'or à l'interface air/liquide 75
A. L'ELECTRODEPOT POTENTIOSTATIQUE 75
A.1 La formation de dépôt à l'interface air/liquide 77
A.1.1 Expériences préliminaires 77
A.1.2 Rôle du potentiel appliqué 82
A.2 Une croissance contrôlée par le potentiel d'électrolyse 87
A.2 1 Une transition dans le mode de croissance 88
A.2.2 Analyse de la dynamique de croissance 93
A.3 Conclusion 98
B. L'ELECTRODEPOT PAR IMPOSITION DU COURANT 99
B.1 La croissance par voie galvanostatique 100
B.1.1 Une transition au cours de la croissance 100
B.1.2 Influence de l'intensité du courant imposé 103
B.2 Un contrôle de la transition de mode croissance 107
B.2.1 Influence du rayon du dépôt 107
B.2.2 Une croissance stable par imposition d'une rampe de courant 111
B.2.3 Etude des conditions de croissance d'un dépôt à l'interface air/liquide 113
B.2.4 Conclusion 118
B.3 Une croissance bidimensionnelle métastable 119
B.4 Conclusion 124
C. CONCLUSION 125
BIBLIOGRAPHIE 127
4 des dépôts par cémentation à l'interface air/liquide 129
A. LA CEMENTATION 130
A.1 Etude thermodynamique et diagrammes potentiel-pH 130
A.1.1 Prévisions thermodynamiques des réactions de cémentation 130
A.1.2 Détermination générale d'un diagramme potentiel-pH 132
A.1.3 Diagrammes potentiel-pH du Cuivre et du Zinc 134
A.2 Tension mixte et cinétique d'un processus de cémentation 137
B. CEMENTATION LE LONG DE L'INTERFACE AIR/LIQUIDE 140
B.1 Rôle du tensioactif 140
B.1.1 Expériences préliminaires 141