Qu’est-ce que le potentiel d’oxydo-réduction (ORP)

Qu’est-ce que le potentiel d’oxydo-réduction (ORP)?

Le potentiel d’oxydo-réduction (ORP) ou redox est une mesure qui indique à quel point un liquide est oxydant ou réducteur. Par exemple, l’eau peut être modérément oxydante (comme l’eau aérée), fortement oxydante (comme l’eau chlorée ou une solution de peroxyde d’hydrogène) ou réductrice (comme un environnement où des microbes anaérobies sont actifs). En bref, le potentiel Redox est une mesure de la propreté de l’eau et de sa capacité à décomposer les contaminants. Cette mesure a une variété d’applications, comme la vérification de l’assainissement sûr de l’eau potable ou la surveillance du fluide pour l’adéquation aux processus microbiens anaérobies.

Qu’est-ce que l’oxydation et la réduction ?

L’oxydation et la réduction sont des processus chimiques liés qui font référence à l’échange d’électrons dans une réaction. L’oxydation fait référence au moment où un produit chimique perd des électrons. La réduction fait référence au moment où un produit chimique gagne des électrons, la réduction est donc l’opposé de l’oxydation. L’oxydation et la réduction peuvent toutes deux se produire dans la même réaction, c’est pourquoi les réactions impliquant l’oxydation et la réduction sont souvent appelées réactions d’oxydoréduction.

À titre d’exemple, regardons la réaction de l’oxygène gazeux avec l’hydrogène gazeux pour former de l’eau :

O2 + 2H2 — 2H2O

Si l’on regarde de plus près la molécule d’eau, en l’écrivant sous la forme (H+)2(O-2), on peut la voir comme une combinaison de deux ions, O-2 et H+, qui ont des charges électriques parce qu’ils ont gagné ou perdu des électrons :

2H+ + O-2 — (H+)2(O-2)

Les électrons ont une charge négative, donc l’atome d’oxygène de la molécule d’eau a gagné deux électrons pour se retrouver avec une charge -2 :

O + 2e- — O-2

Dans la réaction ci-dessus, l’atome d’oxygène a été réduit car il a gagné des électrons.

Chacun des deux atomes d’hydrogène de la molécule d’eau a perdu un électron pour se retrouver avec une charge +1 :

H2 — 2H+ + 2e-

Dans cette réaction, les atomes d’hydrogène ont été oxydés car ils ont chacun perdu un électron.

Réaction	Oxidation ou réduction ?
O + 2e- — O-2	L’atome d’oxygène gagne des électrons. L’atome d’oxygène est réduit.	H — H+ + e-	L’atome d’hydrogène perd un électron. L’atome d’hydrogène est oxydé.	O2 + 2H2 –2H2O	Les atomes d’oxygène sont réduits. Les atomes d’hydrogène sont oxydés.

Dans la réaction de l’oxygène et de l’hydrogène gazeux pour former de l’eau, l’oxygène accepte les électrons de l’hydrogène, on peut donc dire que l’hydrogène est oxydé par l’oxygène. De même, on canalso dire que l’oxygène est réduit par l’hydrogène.

Certains processus d’oxydation courants incluent la décomposition de la matière organique et la conversion du fer en rouille (oxyde de fer).

Les électrons et l’échelle ORP

D’après la discussion ci-dessus, on pourrait deviner d’où vient le mot  » oxyder « . L’oxygène gazeux est très bon pour accepter les électrons d’autres atomes, et c’est effectivement le type de processus d’oxydation le plus courant qui se produit dans l’environnement. On peut donc en déduire qu’un environnement qui contient de l’oxygène gazeux est un environnement oxydant. Dans un tel environnement, le fer se transforme en rouille et la respiration aérobie peut se produire.

On pourrait également supposer qu’un environnement réducteur est un environnement sans gaz oxygène. Un tel environnement comprend souvent des gaz dissous qui sont des produits de l’activité anaérobie, comme le méthane, le sulfure d’hydrogène et l’hydrogène.

Les produits chimiques (comme l’oxygène) qui acceptent les électrons d’autres composés sont appelés agents oxydants, et les substances (comme le méthane ou l’hydrogène) qui cèdent des électrons sont appelées agents réducteurs.

Le degré auquel un fluide est oxydant ou réducteur (représenté par l’ORP) dépend de la présence et de la force de divers agents oxydants et réducteurs. On peut également considérer que l’ORP représente la disponibilité des électrons. Comme les agents réducteurs cèdent des électrons, un environnement réducteur est un environnement où les électrons sont relativement disponibles. À l’inverse, un environnement oxydant est un environnement où les électrons sont relativement indisponibles.

L’ORP est exprimé sous forme de potentiel électrique (une tension). En général, un environnement réducteur est indiqué par une lecture négative, et un environnement oxydant est indiqué par une lecture positive. L’unité la plus courante pour exprimer le potentiel Redox est le millivolt (mV), et la plupart des appareils de mesure peuvent lire des valeurs allant de -1000 mV à +1000 mV. Plus la valeur négative ou positive est extrême, plus le fluide est réducteur ou oxydant.

Différents processus et conditions d’oxydo-réduction ont des valeurs ORP différentes, les conditions aérobies ayant des valeurs ORP plus élevées et les conditions anaérobies des valeurs ORP plus faibles. \N

Applications de la mesure du Redox

L’une des plus grandes applications du Redox est la désinfection de l’eau. Les approvisionnements municipaux en eau potable, par exemple, utilisent des oxydants puissants tels que le chlore pour tuer les bactéries et autres microbes et empêcher leur développement dans les conduites d’eau. Des valeurs de Redox plus élevées sont associées à des concentrations plus importantes de désinfectant. La Redox est donc utilisée pour surveiller et contrôler les niveaux de désinfectant dans les réserves d’eau. Dans les piscines et les spas, les désinfectants sont utilisés pour tuer les microbes qui peuvent transmettre des maladies. Dans les piscines extérieures et les tours de refroidissement, les désinfectants sont également utilisés pour empêcher la croissance des algues.

La PRO est également utilisée pour surveiller et contrôler de nombreuses réactions d’oxydoréduction dans les processus industriels. Par exemple, dans les systèmes industriels automatisés, la PRO est souvent utilisée pour maintenir un léger excès de produits chimiques oxydants tels que le chlore, le peroxyde d’hydrogène et l’ozone, ou de produits chimiques réducteurs tels que le dioxyde de soufre et le sulfite de sodium.

Dans le traitement des eaux usées, la PRO est utilisée pour déterminer les types de processus microbiens qui se produisent et pour aider les opérateurs à gérer le système de traitement en favorisant ou en empêchant certaines réactions. Par exemple, la PRO peut être contrôlée dans diverses parties d’un système pour digérer les matières organiques, éliminer les nitrates ou le phosphore, et contrôler les odeurs.

Parce que de faibles valeurs de la PO indiquent des conditions anaérobies, la PO peut être utilisée pour détecter une activité microbienne anaérobie dans l’environnement, par exemple dans la colonne d’eau ou dans les sédiments. Le Redox peut également être utilisé pour indiquer la saturation du sol, ce qui le rend utile pour cartographier les zones humides.

Dans d’autres applications environnementales, les mesures du Redox peuvent être considérées comme une extension de l’échelle de l’oxygène dissous (DO). Les compteurs DO peuvent couvrir la gamme des conditions aérobies, mais ils ne peuvent pas indiquer à quel point un environnement anaérobie est réduit. L’échelle ORP, par contre, couvre une large gamme de conditions réductrices. Pour cette raison, l’ORP peut donner un aperçu de la chimie des environnements anaérobies, comme les types de processus microbiens dans les sédiments ou les réactions impliquant des polluants dans les aquifères contaminés.

L’ORP peut également être utilisé conjointement avec les capteurs d’OD à membrane pour identifier les conditions dans lesquelles les mesures d’OD peuvent être défectueuses. Dans des conditions anaérobies, les capteurs DO à membrane peuvent donner de fausses lectures en cas de présence de sulfures. Si la mesure du Redox indique des conditions anaérobies, les mesures positives de DO prises par ces types de capteurs doivent être considérées comme suspectes.

Conclusion

Le Redox est une mesure rapide et peu coûteuse des conditions d’oxydation et de réduction dans un environnement ou un système. Cela rend la mesure ORP adaptée à une large gamme d’applications industrielles et environnementales où les conditions oxydantes et réductrices varient. L’ORP est particulièrement utile pour les situations de routine ou de surveillance continue où des tests chimiques plus lents et plus coûteux ne seraient pas aussi pratiques.