Les piles

• La pile de Volta (1800) — Tout couple de métaux plongeant dans un liquide ionique peut constituer une pile: par exemple une lame de cuivre et une lame de zinc piqués dans une pomme de terre ou un citron. On n'augmente pas la force-électromotrice en augmentant la surface des électrodes. Elle ne dépend que de la nature des métaux. Pour obtenir une tension plus forte, on doit placer plusieurs piles en série.

• La pile Daniell (1836) — Un métal plongé dans une solution de son sel constitue une demi-pile. (exemple: plaque de cuivre plongée dans du sulfate de cuivre). En associant deux demi-piles par un pont ionique, on obtient une pile de Daniell.
  Une paroi poreuse perméable aux ions peut servir de liaison entre les deux demi-piles.
  

• La pile Leclanché (1866) — Les piles salines utilisées actuellement sont des piles zinc-charbon ou piles de Leclanché.
  L'électrode négative en zinc sert de récipient cylindrique. Il contient un électrolyte gélifié (chlorures d'ammonium et de zinc). A l'intérieur est placée l'électrode positive constituée d'un tige de charbon (graphite) entourée d'une poudre noire (mélange de dioxyde de manganèse et de poudre de graphite). La f.e.m. est voisine de 1,5V
  Lorsque la pile fonctionne, l'électrode de zinc est rongée et de l'hydrogène se forme sur l'électrode de graphite, ce qui nuit au fonctionnement de la pile (le pile se polarise). Le dioxyde de manganèse est un dépolarisant qui sert à s'emparer de l'hydrogène et qui permet ainsi un meilleur passage du courant.

Au XXe siècle les piles recoivent de nombreuses améliorations :

• Les piles à l'oxyde d'argent et au mercure (1930-40)

• La pile alcaline (1940-50) — Les performances sont très nettement supérieures à celles de la pile saline. La pile alcaline tire son nom de la nature alcaline ou basique de l'électrolyte solution aqueuse d'hydroxyde de potassium dans laquelle sont placées les électrodes en dioxyde de manganèse et en poudre de zinc.
  La pile alcaline est capable de fournir des courants plus élevés et dure plus longtemps qu'une pile saline même avec des grandes amplitudes de températures de -30 à +50C.

Les accumulateurs

Lorsqu'une pile fonctionne, son électrode négative se détruit de manière irréversible. Lorsque la pile est usée, il faut la jeter, mais pas n'importe où car les piles contiennent souvent des produits toxiques et polluants.

• L’accumulateur au plomb: (inventé en 1860 par Planté) — Si l'on plonge deux plaques de plomb dans une solution d'acide sulfurique, on n'obtient pas une pile puisque aucune différence n'existe entre les deux électrodes. Mais si on relie ces deux électrodes à un générateur, le passage du courant dans la solution provoque la formation d'un dépôt d'oxyde de plomb sur l'électrode d'entrée (anode) et un dégagement d'hydrogène sur la l'électrode de sortie (cathode). Maintenant que l'une des électrodes s'est transformée, il existe une f.e.m. On vient de charger l'accumulateur.
  Lorsque l'accumulateur fonctionne, l'oxyde de plomb disparaît progressivement, l'accumulateur se décharge.
  Lorsque l'oxyde de plomb a disparu, il suffit de recharger l'accumulateur.

• Les accumulateurs alcalins — Le principe est le même que celui de l'accumulateur au plomb. L'électrolyte est constitué de potasse

• Accumulateur fer-nickel (inventé par Edison en 1899)

• Accumulateur Cadmium-Nickel (inventé par Jungner en 1900)

• Les accumulateurs au Ni MH ont été développés pour la technologie spatiale (1970) et réellement distribués massivement sur le marché en 1992.

Les photopiles

• Elles transforment l'énergie rayonnante du soleil en énergie électrique par effet photovoltaïque.
  Les photopiles sont constituées d'une couche mince de matériau semi-conducteur (en général du silicium) et d'une jonction semi-conductrice.
  Le rendement des photopiles commerciales ne dépasse pas 20 %. Un panneau de surface 1m2 ne peut pas fournir une puissance supérieure à 200W.
  Les photopiles sont utilisées lorsque la puissance demandée est faible (montres et calculatrices "solaires") ou pour fournir l'énergie électrique lorsque le branchement au réseau est impossible (téléphones de secours, bouées, satellites artificiels).

Les alternateurs

• Une bobine est constituée d'un fil de cuivre isolé par un vernis et enroulé en de nombreuses spires. Il existe des bobines plates (cadres), des bobines longues (solénoïdes), des drôles de bobines (bobines de déflexion de tubes cathodiques d'un téléviseurs par exemple).
  Si l'on déplace un aimant près d'une bobine (ou si l'on déplace une bobine dans le champ magnétique d'un aimant), une tension électrique est induite (créée) aux bornes de la bobine. C'est le phénomène d'induction électromagnétique.
  Le signe de la tension dépend du sens de déplacement de l'aimant et du sens du champ magnétique.
  En faisant tourner régulièrement un aimant près d'une bobine, la tension induite est alternative. Elle est tantôt positive tantôt négative. C'est le principe de l'alternateur.
  Pour augmenter l'effet magnétique, les bobines sont munies de noyaux en fer doux et les aimants sont remplacés par des électro-aimants alimentés par un courant d'excitation.
  On appelle inducteur l'électro-aimant qui produit le champ magnétique et induit la bobine dans laquelle la tension est créée.
  En général on préfère déplacer l'inducteur à l'intérieur de l'induit fixe, l'isolation de l'induit étant ainsi plus facile pour les tensions élevées (10 à 15 kV).

Les dynamos

• Une dynamo est un alternateur dans lequel la tension est redressée à l'aide d'un collecteur semblable à celui des moteurs.
  La tension obtenue n'est pas continue mais ondulée. En augmentant le nombre d'enroulement de l'induit, on peut réduire les variations de tension obtenir pratiquement un courant continu.
  Dans une dynamo, l'inducteur est fixe et l'induit mobile. Le collecteur est placé sur l'axe du rotor. Il est constitué de plusieurs lames sur lesquelles viennent frotter deux balais; il permet de changer le sens du courant à chaque inversion de la polarité.

©cviviani