1.2.1.1.Mise en évidence des groupements carboxyliques à la surface de l’électrode par une méthode chimique par une méthode chimique

La détermination du nombre de groupements carboxyliques présents à la surface a été effectuée à l’aide d’une méthode spectroscopique en utilisant du bleu de toluidine (TBO). Il s’agit d’un colorant avec un maximum d’absorption à une longueur d’onde égale à 633 nm.

Après fonctionnalisation par traitement plasma, les disques sont immergés pendant 6h dans 1 mL d’une solution de TBO (5×10^-4 M) préparée dans de la soude à pH 10 sous agitation continue. Le TBO (Figure IV.3), molécule chargée positivement, se lie avec les fonctions carboxyliques de surface déprotonées par interaction électrostatique. Les disques sont ensuite lavés avec de la soude à pH 10 et deux fois avec de l’eau distillée. 100 µL d’une solution d’acide acétique à 50 % sont par la suite ajoutés afin de protoner les fonctions carboxyliques de surface, ce qui entraîne le relargage en solution du TBO adsorbé en surface. Cette étape est réalisée

108 pendant 10 minutes. La densité optique de cette solution de relargage a été par la suite mesurée par spectroscopie UV-visible à 633 nm (ε = 26400 L/mol/cm). La densité des groupements carboxyliques présents à la surface a été déterminée en se basant sur l’hypothèse que 1 mole de TBO complexe 1 mole de groupements carboxyliques.

Figure IV.3: Formule chimique du bleu de toluidine IV.1.3.Mesure d’angle de contact

La mesure d’angle de contact est une technique permettant d’évaluer l’affinité d’un liquide par rapport à une surface. La méthode consiste à mesurer l’angle  que forme une goutte de liquide posée sur la surface d’un solide et la surface de ce dernier. Dans le cas d’une goutte d’eau et puisque l’on compare des surfaces de rugosité équivalente, ainsi qu’en attestent les images de microscopie à balayage (Figure IV.11), on peut considérer que la valeur de l’angle

permet d’estimer le caractère hydrophobe ou hydrophile de la surface. Lorsque l’angle

augmente la surface devient moins hydrophile et sa mouillabilité diminue. Une surface hydrophobe sera caractérisée par un grand angle θ et une faible énergie de surface, tandis qu’une surface hydrophile sera caractérisée par un faible angle de contact et une grande énergie de surface, ce qui correspond à une forte mouillabilité (Figure IV.4).

Figure IV.4: Schéma de l’angle de contact d’un liquide avec un solide

Le dispositif expérimental est composé d’une micro-seringue permettant de déposer un volume précis de liquide, d’une source de lumière et d’une caméra (TELI CCD) reliée à un ordinateur qui permet via un logiciel de traiter les images obtenues et de calculer l’angle de

109 contact. Pour chaque mesure, une goutte d’eau distillée d’un volume égal à 1 µL a été déposée à la surface des échantillons quelques minutes après fonctionnalisation par APPJ.

IV.1.4.La méthode des plans d’expériences

IV.1.4.1.Principe de la méthode des plans d’expériences

La méthode intuitive traditionnelle n’est pas souvent le meilleur choix pour réaliser une série d’expériences. Elle consiste à fixer un paramètre et à mesurer la réponse du système pour plusieurs grandeurs d’intérêt. Si plusieurs paramètres doivent être étudiés, il faudrait répéter cette méthode sur chaque paramètre étudié ce qui amène à réaliser un nombre élevé d’expériences. Afin de diminuer ce nombre, on pourrait réduire le nombre de paramètres mais cela réduirait la pertinence des résultats obtenus. Une alternative serait de réaliser des plans d’expériences.

La méthode des plans d’expériences permet d’organiser au mieux les essais. Les plans d’expériences permettent de déterminer et d’optimiser les paramètres déterminants d’un système ou encore de prédire par modélisation le comportement d’un procédé en minimisant le nombre d’expériences. Cette méthode établit un lien entre deux types de grandeurs : la réponse qui constitue la grandeur physique mesurée dont on souhaite comprendre le comportement (dans notre cas il peut s’agir du courant catalytique de réduction d’O2 par exemple) et les facteurs (paramètres) qui représentent les grandeurs physiques modifiables par l’expérimentateur et ayant une influence sur la variation de la réponse. Elle vise donc à étudier les relations qui lient la réponse aux facteurs (on utilise pour cela un modèle mathématique de type polynômial). La méthode des plans d’expériences peut être utilisée avec deux différentes approches, la technique de screening (ou criblage) qui permet de déterminer les facteurs ayant une influence significative sur les variations de la réponse et dans laquelle il est aussi possible d’identifier les corrélations éventuelles entre les paramètres ayant une importance sur la réponse. La seconde méthode est celle des surfaces de réponse. Dans ce type d’étude, les variations de la réponse sont calculées en fonction des paramètres précédemment jugés importants. Elle vient en complément à une étude de type screening. La compréhension des plans d’expériences s’appuie ainsi sur deux notions, celle d’espace expérimental et celle de la modélisation mathématique des grandeurs physiques étudiées. Ces deux notions sont expliquées ci-après.

110 IV.1.4.1.1.L’espace expérimental

La réponse dépend de un ou plusieurs facteurs. Chaque facteur peut être représenté sur un axe. La valeur donnée à un facteur est appelé niveau. Généralement, lorsqu’on étudie un facteur, on limite ses variations entre deux bornes : une borne inférieure appelée niveau bas notée par -1 et une borne supérieure appelé niveau haut notée -1 (Figure IV.5). Si les seules valeurs des facteurs sont ses bornes, on est en présence de plans d’expériences à deux niveaux.

Figure IV.5: Domaine d’un facteur

Les valeurs que peut prendre un facteur entre le niveau bas et le niveau haut constituent le domaine de variation du facteur. Chaque facteur étudié est représenté par un axe orthogonal aux autres axes et est défini par son niveau haut, son niveau bas et son domaine de variation.

Le regroupement des domaines constitue ce que l’on appelle le domaine d’études qui représente l’espace expérimental dans lequel les expériences doivent être réalisées. La Figure IV.6 représente le domaine d’étude pour deux facteurs.

Figure IV.6: Domaine d’étude pour un espace à deux dimensions IV.1.4.1.2.Surface de réponse

A chaque point du domaine d’étude est associée une réponse. L’ensemble de ces points correspond à un ensemble de réponses qui se situe sur une surface que l’on appelle surface de

111 réponse (Figure IV.7). On ne connait que les points expérimentaux de cette surface. Les points inconnus sont déterminés à l’aide d’un modèle mathématique.

Figure IV.7: Surface de réponse pour un espace à deux dimensions dans le cas d’une étude avec deux facteurs