Pile selon VOLTA © Photo et coll. M. Siméon Commençons par la pile, inventée par Volta en 1800. C'était un curieux objet procurant du courant électrique que l'on pouvait enfin maîtriser, régler. Sous sa forme originelle, elle était peu utilisable et si sa forme devint plus fonctionnelle, le principe en restait bien établi. Le courant électrique provient des réactions chimiques entre des électrodes de natures différentes (métal ou  charbon) plongées dans un liquide de caractère généralement acide nommé électrolyte. Si l'on réunit les électrodes par un fil conducteur, par exemple en cuivre, ce fil est traversé par le courant électrique produit par la pile. S'il est fin, il peut s'échauffer et rougir, par exemple. Mais le courant de la pile a bien d'autres propriétés. La pile originelle comportait un empilement de ronds de drap, puis de cuivre, puis d'argent, groupe répété plusieurs fois et imprégné d'eau acidulée. Pile de Grenet Toutefois, l'incommodité d'emploi de la pile verticale de Volta a conduit à d'autres formules pour en arriver à des modèles que l'on trouve dans les collections. La pile au bichromate de potassium ou pile de Grenet, ou pile de Bunsen, date de 1841 et est   généralement logée dans un ballon de verre. L'électrode positive est constituée par deux plaques de charbon fixes  entourent l'électrode négative -un cylindre plein en zinc-. Cette électrode centrale peut être remontée afin de la sortir de l'électrolyte, ce qui interrompt la fonction de la pile et limite l'usure du zinc. Cette pile était réputée pour fournir des intensités de courant assez fortes. Elle fut très utilisée dans les laboratoires et servit même à la charge des premiers accumulateurs. © photo & coll. JCBM   Pile modèle Leclanché © - Collection C.H.T. - PILES DIVERSES DU TYPE LECLANCHE - photo JCBM A gauche, deux piles à liquide - A droite trois piles à électrolyte immobilisé dites "piles sèches". La pile mise au point par Georges Leclanché (1839-1882), en 1868 marque un progrès important en utilisant un   dépolarisant solide. Dans sa constitution première, l'électrode négative de zinc est séparée de l'électrode positive en charbon par un vase poreux, le tout plongeant dans une solution de chlorhydrate d'ammonium. Le bioxyde de manganèse qui est le dépolarisant, entoure l'électrode de charbon. Après plusieurs variantes dans la fabrication, on est parvenu à la pile dite "sèche". Le charbon central est entouré d'un sac de tissu contenant une mixture comprimée. Le tout est contenu par un tube de zinc. Cette disposition a largement contribué au succès de l'usage de la pile, d'abord pour l'éclairage portatif, ensuite pour la T.S.F.. Publicités et piles anciennes. Catalogue HYDRA 1925 (extrait). photo JCBM Pile de poche  1929 photo JCBM 1916 photo JCBM Le grand succès des piles pour lampes "de poche" date de la guerre 1914-1918. La firme Wonder, en particulier, fournissait les troupes alliées. Cela peut être un sujet de collection, en tout cas de collecte.   Les accumulateurs. A la différence des piles, un accumulateur peut-être rechargé après utilisation. On en trouve fort peu dans les collections. Il est possible que leur fin de vie n'ait pas incité à la conservation de ces boites à acide, sales et malodorantes. Parfois, des accumulateurs alcalins ont pu être recueillis, leur boitier métallique inoxydable étant plus sécurisant que les boites en verre ou en matière proche de l'ébonite. Ceci est vrai pour les plus anciens. Des accumulateurs fabriqués au milieu du vingtième siècle sont plus présents. Ils deviendront à leur tour des pièces d'histoire. Si on se penche sur leur passé, on se rappellera que l'accumulateur au plomb a été présenté par Gaston Planté, physicien français, à l'Académie des Sciences de Paris en  1860. Il le nommait "élément secondaire" par comparaison avec la pile nommée "élément primaire". Si le collectionneur trouve un jour un objet ressemblant à la figure ci-contre, nous lui recommandons de l'acquérir et de le préserver, c'est vraiment une pièce de musée. Deux piles de Bunsen sont utilisées pour charger un élément Planté

Au XXe siècle les piles reçoivent de nombreuses améliorations :

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

• 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 téléviseur 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.