Dismutation du peroxyde d’hydrogène

L’évolution de la concentration en H2O2 dans la solution « réactifs enzymatiques » est fonction du phénomène de dismutation de ce composé instable. La dégradation de H2O2 en H2O et O2 pourrait apparaître, dans certaines conditions expérimentales, dès 2 jours après l’introduction des réactifs enzymatiques. La durée de stabilité du peroxyde doit être évaluée précisément, en l’absence des réactifs enzymatiques. Pour cela, la physico-chimie d’une solution de peroxyde d’hydrogène (produit commercial) ajoutée de 0,3 g/L de NaCl est suivie au cours du temps.

5.1.2.1 Dismutation de H2O2 dans la solution d’eau de rivière artificielle

L’évolution de la concentration en peroxyde d’hydrogène après ajout de 1 mmol/L de peroxyde dans l’eau de rivière artificielle a été suivie pour différents pH de la solution. Le pH est ajusté par ajout d’acide gluconique. Le pH de l’eau de rivière artificielle est de 6. Les résultats obtenus sont visibles sur la figure 78.

0 2 4 6 8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 pH6 pH5 pH4 pH3 [H² O² ] ( m m ol/ L) temps (jours)

Figure 78 : évolution de [H2O2] après ajout de 1 mmol/L de peroxyde d’hydrogène dans l’eau de rivière

artificielle ajustée à différents pH par ajout d’acide gluconique

Les concentrations ont été mesurées ponctuellement 15 jours après l’ajout de 1 mmol/L de H2O2 dans l’eau de rivière artificielle. Quel que soit le pH, la concentration en peroxyde d’hydrogène est inférieure à 0,08 mmol/L ; la dégradation de H2O2 peut être considérée comme totale 15 jours après l’introduction de ce composé dans l’eau de rivière artificielle. Dans l’eau de rivière artificielle (pH 6), la dégradation du peroxyde d’hydrogène ne commence qu’à partir de 6 jours environ, alors qu’à pH 4 le phénomène de dismutation se met en oeuvre quasi-instantanément. A pH 3 (la valeur la plus proche des solutions de glucose-oxydase), la dismutation de H2O2 commence après 4 jours.

Ces résultats confirment les données bibliographiques. Le pH où la vitesse de dismutation est la plus élevée est compris entre 3 et 4. Dans le cas d’une eau à 0,3 g/L de NaCl, ce pH semble plus près de 4 que de 3, ce qui est en accord avec la valeur de 3,7 trouvée dans la littérature [58]. 48 heures après l’ajout du peroxyde d’hydrogène, la seule solution où la dismutation a déjà débuté est la solution de pH 4.

Finalement, d’après les mesures réalisées en l’absence des réactifs enzymatiques, il est tout à fait possible que la dismutation de H2O2 puisse apparaître dès 48 heures dans les solutions de GOD à 500 et 1000 u/L (figure 76), qui ont un pH compris entre 3,1 et 3,2.

5.1.2.2 Dismutation de H2O2 dans la solution « réactifs enzymatiques »

Il a été dit auparavant que la dismutation du peroxyde d’hydrogène ne se répercute pas sur la concentration en H2O2 avant 48 heures passées dans la solution contenant la GOD et le glucose, mais que le temps d’initiation de la dismutation pourrait y être assez proche de 48 heures. Pour étudier la durée de vie de H2O2 en solution « réactifs enzymatiques », des mesures de la concentration en peroxyde d’hydrogène ont été effectuées sur une durée de 9 jours. Les résultats sont visibles sur la figure 79.

0 2 4 6 8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 [H² O2 ] (mm ol /L ) temps (jours)

Figure 79 : évolution de la concentration en H2O2 en eau de rivière artificielle, après ajout à t = 0 de 100 u/L de GOD et de 20 mmol/L de glucose (solution non agitée)

La courbe de la figure 79 montre que la dismutation de H2O2 devient suffisamment quantitative pour abaisser la concentration à partir d’une date comprise entre 2,5 et 4 jours. La dismutation commence donc au plus tard 4 jours après l’introduction des réactifs enzymatiques. Ce temps caractéristique est compatible avec les résultats du paragraphe précédent obtenus à pH 3 et à pH 4.

Pour résumer, l’évolution de la concentration en peroxyde d’hydrogène se fait en trois phases :

¾ De 0 à 2 jours après l’introduction des réactifs enzymatiques, la vitesse de formation de H2O2 par la réaction enzymatique est importante, alors que la vitesse de dégradation de H2O2 par dismutation est nulle ou très faible. Par conséquent, la concentration en H2O2 augmente rapidement.

¾ De 2 jours à 4 jours, la vitesse de formation de H2O2 par la réaction enzymatique diminue tandis que la vitesse de dégradation par dismutation augmente. L’augmentation de la concentration en peroxyde d’hydrogène se fait donc de moins en moins rapidement, puis cesse complètement. Une valeur stable comprise entre 1 et 1,2 mmol/L est atteinte pendant quelques heures.

¾ Au-delà de 4 jours, la vitesse de dismutation de H2O2 devient très élevée, et la concentration en H2O2 décroît rapidement. Elle peut être considérée comme nulle au-delà de 8 jours.

5.1.2.3 Influence de la présence d’un métal dans la solution

Il est connu que la plupart des métaux, et en particulier le fer, le chrome, le nickel et le molybdène, catalyse la dismutation du peroxyde d’hydrogène. Le but de cette expérience est d’évaluer le rôle de catalyseur du platine et des aciers inoxydables 304L et 254SMO sur la décomposition de H2O2.

Dans cette expérience, les concentrations en peroxyde d’hydrogène et en oxygène dissous sont suivies dans plusieurs solutions « réactifs enzymatiques » contenant ou non un échantillon de métal (acier inoxydable ou platine). Les résultats obtenus sont visibles sur la figure 80. 0 2 4 6 8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Sans métal 304L 254SMO Platine [H² O² ] ( mmol/ L) temps (jours) 0 2 4 6 8 0 1 2 3 4 5 6 Sans métal 304L 254SMO Platine [O² ] (m g /L) temps (jours) a- [H2O2] = f(t) b- [O2]dissous = f(t)

Figure 80 : évolution des concentrations en H2O2 et O2 dissous dans des solutions d’eau de rivière artificielle, après ajout à t = 0 de 20 mmol/L de glucose et de 100 u/L de GOD,

avec présence ou non d’un échantillon métallique dans la solution (sans agitation)

Durant la première (entre 0 et 2 jours) et la deuxième (entre 2 et 4 jours) phase, les concentrations en peroxyde d’hydrogène sont sensiblement identiques dans les 4 béchers. Dans la troisième phase, durant laquelle la dismutation de H2O2 devient prépondérante, les concentrations en peroxyde dans la solution ne contenant pas de métal, dans la solution contenant un échantillon d’acier 304L et dans la solution contenant un échantillon d’acier 254SMO sont identiques. Les échantillons d’acier inoxydable ne semblent pas avoir d’effet catalytique sur la dismutation de H2O2. Le platine quant à lui semble abaisser légèrement la vitesse de décomposition du peroxyde d’hydrogène. Le platine aurait plutôt tendance à inhiber faiblement la dismutation de H2O2.

Les concentrations en oxygène dissous ne diffèrent pas significativement d’un bécher à l’autre. Cette observation est cohérente avec les mesures de [H2O2].

Dans les conditions expérimentales de cette étude, la présence d’un métal en solution n’a d’effet majeur ni sur l’évolution de la concentration en peroxyde d’hydrogène, ni sur l’évolution de la concentration en oxygène dissous.