Diagramme de Nyquist

Au cours d'une spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE), de nombreuses données sont collectées et doivent être présentées. Une image en dit plus que mille mots et une représentation graphique, telle qu'un diagramme de Nyquist, est donc la meilleure façon de montrer une SIE.

Les diagrammes les plus populaires pour les données SIE sont le diagramme de Bode et le diagramme de Nyquist. Cet article se concentre sur le diagramme de Nyquist. Il porte le nom de Harry Nyquist, un ingénieur électricien américano-suédois, et a été développé en 1932 à des fins électroniques. De nos jours, c'est le diagramme le plus populaire pour les données SIE parmi les électrochimistes.

Avantages du diagramme de Nyquist

Le diagramme montre la partie imaginaire négative de l'impédance en fonction de la partie réelle. Par rapport au diagramme de Bode, il présente deux inconvénients :

1. Il est moins intuitif à comprendre.
2. L'information sur la fréquence est manquante.

Toutefois, le diagramme de Nyquist présente une forme caractéristique en fonction des composants qui contribuent à l'impédance. Le diagramme de Nyquist montre très clairement les changements, même minimes, de la surface étudiée.

Avec un peu d'expérience, on peut lire certains paramètres directement à partir du diagramme de Nyquist, comme la résistance de la solution ou la résistance du transfert de charge, c'est-à-dire la résistance de la surface à effectuer une certaine réaction.

Pour une analyse plus précise, on procède à l'ajustement du circuit équivalent. Ici, les influences sur l'impédance sont représentées par des composants électroniques (un circuit équivalent) et les valeurs de chaque influence sont calculées en ajustant une simulation des données aux données réelles.

Applications

Certaines études se contentent de suivre l'évolution de la résistance au transfert de charge, d'autres observent l'évolution du système complet.

Un exemple de la première est la détection sans étiquette de l'ADN. Avec le SIE, l'hybridation de brins d'ADN complémentaires liés à la surface peut être observée dans un diagramme de Nyquist, ce qui permet de détecter des bactéries, des virus, etc. Pour d'autres techniques électrochimiques, une espèce active doit être introduite, ce qui modifie l'ADN et prend du temps.

Études de corrosion à l'aide d'un diagramme de Nyquist

Un domaine d'application très différent est l'étude de la corrosion. Le SIE est particulièrement apprécié pour l'étude des revêtements et des peintures.

Un revêtement parfait produit une ligne verticale dans un diagramme de Nyquist, tandis qu'un revêtement pénétré par l'eau montre un demi-cercle avec une autre forme pour la corrosion sous le revêtement. Il est ainsi possible d'évaluer l'état du métal revêtu et de déterminer l'absorption d'eau par le revêtement.

Il ne s'agit là que de deux exemples ; il existe de nombreuses autres applications, par exemple la détection sans étiquette, la recherche sur les batteries et les piles à combustible.