Manille

SCIENCES - La pile, un cœur qui bat dans le corps des machines !

Les appareils sont aujourd’hui omniprésents dans nos vies : les téléphones mobiles pour communiquer avec les autres sans souci de portée, les appareils photos numériques pour prendre et garder une image du réel quel que soit le lieu ou l’instant… Nous sommes inséparables de ces appareils qui offrent l’avantage de leur parfaite mobilité. Mais ceux-ci ne peuvent pas fonctionner sans une source d’énergie propre. Et pour que ces appareils marchent en toute autonomie, on utilise de manière permanente… des piles !

 Principe de fonctionnement

Il faut avant tout savoir que la matière est composée d'atomes, eux mêmes composés d'un noyau entouré d’électrons. Ces électrons sont les éléments qui peuvent se déplacer dans les matières conductrices de courant, et c'est leur déplacement que l'on appelle "courant électrique".

Une pile est un générateur qui transforme de l’énergie chimique en énergie électrique.

Cette transformation est due à une réaction d’oxydoréduction spontanée.

Une telle réaction d’oxydoréduction est un échange d’électrons entre 2 espèces chimiques : un réducteur, qui cèdent des électrons, et un oxydant, qui les capte.

Si ce transfert s'effectue à travers un circuit électrique, de l’énergie électrique y circulera et les appareils qui y sont connectés fonctionneront.

Dissection de la pile

Le schéma ci-dessus montre en détail la structure d’une pile. Le boîtier, souvent en acier, recouvre la totalité des contenus.

Les électrodes sont des pièces métalliques qui permettent de mettre en contact électrique les différentes parties de la pile. En fonction de leur rôle, on distingue 2 électrodes : la cathode et l’anode.

La cathode, formant le pôle positif de la pile, est l’électrode où se passe l'oxydation (en contact avec l’espèce chimique réductrice). On y trouve des éléments chimiques qui cherchent à perdre des électrons, formant des ions chargés positivement. Il peut, par exemple, s’agir d’un mélange de dioxyde de manganèse et de carbone.

L’anode, formant le pôle négatif, est l’électrode où se passe la réduction. On y trouve des éléments chimiques qui cherchent à gagner des électrons, en devenant des ions chargés négativement. Il peut, par exemple, s’agir du zinc en poudre.

Les deux électrodes sont compartimentées par un séparateur pour que la réaction soit indirecte, obligeant les électrons à passer par le conducteur métallique.

Les éléments contenus dans ces électrodes étant solides, on leur ajoute des électrolytes : il s’agit d’un liquide ou plus souvent d’un gel pour faciliter le mouvement des ions dans la pile. Une solution d’hydroxyde de potassium gélifiée est un exemple courant d’électrolyte.

Il suffit donc de mettre en contact les deux pôles dans un appareil, et le courant passera, rendant la vie à notre cher appareil !

Ancêtres et les descendants de notre actuelle pile électrique : leurs impacts sur nos vies

En 1800, Alessandro Volta crée le premier générateur électrique : la pile électrique (voltaïque) est formée d’un empilement (d'où le nom de pile) de disques en cuivre et en zinc séparés par du papier trempé d’acide chlorhydrique.

Cette invention marque une véritable révolution.

Dès 1801, la pile commence à s’intégrer dans la vie quotidienne avec l’invention de la lampe à arc par Thomas Young. Ces inventions permettent ainsi le développement de la lumière dans les rues et dans les maisons.

Dès la fin du siècle, avec la Révolution Industrielle, les générateurs jouent un rôle fondamental comme sources d’énergie pour les machines.

Les inventions d’appareils électriques sont par la suite dépendantes de ces générateurs électriques.

Une nouvelle étape de l’évolution des piles est marquée en 1970, avec le remplacement du zinc par du lithium (piles lithium-ion). Les piles deviennent rechargeables et donc réutilisables.

On trouve de nos jours ce type de pile dans les torches, les caméras et les téléphones portables.

Durant toute son histoire, la pile ne cesse de se développer, et elle est, aujourd'hui encore, en pleine évolution. Le développement des moyens de transport propres (voitures électriques) et la recherche de continuité et d’autonomie énergétique pour les foyers et les espaces isolés engagent la recherche à poursuivre ses travaux.

La pile et ses descendants semblent avoir encore de beaux jours devant eux...

Christophe BURGAUD (1re S – LFM) (www.lepetitjournal.com/manille) jeudi 06 avril 2017

SOURCES

https://www.energizer.eu/fr/batteries-work/

https://www.energizer.eu/fr/battery-history

http://www.corepile.fr/tout-savoir-sur-la-pile/un-peu-dhistoire/

http://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/THEMES/piles/consti.htm

 

 

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