Résumé
Dans le cadre du projet ANR MIGRASENS, soutenu par le programme Investissements d'Avenir, nous avons mis au point des micro-capteurs électrochimiques à base de graphène pour la détection sensible et sélective de micropolluants en milieu aqueux tels que l'Isoproturon conformément aux directives européennes sur les contaminants prioritaires. Les électrodes à base de graphène semblent prometteuses en électrochimie dans une optique de micro-capteurs environnementaux notamment. Le travail présenté porte sur un modèle numérique de voltampérométrie cyclique développé sous Python, visant à modéliser la réponse de notre microélectrode. Ce modèle repose sur la résolution des équations de Poisson-Nernst-Planck, couplé à une description du courant utilisant le modèle de Butler-Volmer. Le simulateur s’inspire du travail de J.H. Brown, lequel s'appuie sur un schéma d'Euler explicite. Ce schéma numérique a l'avantage de la simplicité mais présente l'inconvénient majeur de ne pas être inconditionnellement stable. A des fins pédagogiques, J.H. Brown utilise un tableur Excel. Cependant le recours à un tableur restreint le cadre de la simulation, ne permettant pas de modifier le modèle ou encore d'augmenter facilement la résolution spatiale ou temporelle de la simulation. Ainsi, notre contribution porte sur l'utilisation d'un schéma numérique type Euler implicite programmé sous Python. Ce simulateur permet d'offrir un cadre de simulation stable, ouvert et versatile, permettant des simulations précises et fiables sur de longues périodes ou dans des conditions de réaction extrêmes. Le simulateur, représentatif des processus électrochimiques réels, permet également l'extraction de données (quantification de la concentration de la molécule cible). Le modèle développé est comparé aux mesures obtenues au moyen d'un dispositif expérimental typique à trois électrodes (électrodes de travail, de référence et contre-électrode) immergées dans un électrolyte LiClO4, et un potentiostat contrôlant le potentiel appliqué à l'électrode de travail.Le développement du simulateur sera poursuivi dans le but de reproduire diverses conditions expérimentales (square wave, chrono-ampérométrie …) afin d'orienter les conditions expérimentales de test des micro-capteurs. Le simulateur devra aussi permettre d'approfondir l'interprétation des réactions électrochimiques se produisant sur notre capteur.