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Publié le par SALOMON BIMANSHA

 

 

17  mars  1800 :
 
Italie : Le savant italien Alessandro Volta essaye avec succès la première pile électrique.

 

 

undefinedUne pile électrique ou simplement une pile est un dispositif électrochimique, ce système transforme l'énergie d'une réaction chimique en énergie électrique. Dans une pile les réactifs sont introduits à la fabrication, quand ils sont épuisés on doit remplacer la pile par une neuve.

 

Par extension et, parfois par abus de langage, le terme pile désigne d'autres générateurs électrochimiques : accumulateur électrique, pile à combustible. En réalité, une pile désigne un dispositif qui ne peut être rechargé, le terme "pile rechargeable" est uniquement commercial

Principe 

Le boîtier d'une pile abrite une réaction chimique entre deux substances dont l’une peut céder facilement des électrons (matériau réducteur), et l’autre qui les absorbe (matériau oxydant). Une telle réaction est appelée une oxydo-réduction.

 

Chaque élément du couple oxydant/réducteur est relié à une électrode. Ces électrodes, lorsqu'elles sont reliées à un consommateur électrique, provoquent la circulation d'un courant électrique ; la réaction chimique provoque une circulation de charges (électrons, ions). Une pile fournit donc du courant continu.

 

la borne (-) d'une pile correspond à l'anode où se produit la réaction d'oxydation qui va fournir les électrons.

la borne (+) d'une pile correspond à la cathode où se produit la réaction de réduction qui va consommer les électrons.

Ce système est utilisé pour les piles électriques et les batteries d'accumulateurs, avec divers couples électrochimiques. Une pile électrique peut contenir plusieurs de ces couples montés en série, ce qui permet d'augmenter la tension disponible aux bornes de la pile.

 

Il est possible de réaliser une pile artisanale, par exemple en piquant dans un citron un trombone déplié (en acier) et un fil électrique dénudé (en cuivre) reliés à une petite lampe ou une diode électroluminescente bien choisie. On trouve dans le commerce des gadgets qui utilisent ce principe : par exemple des petites horloges à quartz qui sont alimentées par une pomme de terre.

 

Histoire

Il existe des objets archéologiques ressemblant à des piles. C'est par exemple le cas de la pile électrique de Bagdad qui est datée entre -250 et +250. L'hypothèse faisant de ces objets des piles électriques, bien que plausible, reste cependant non prouvée et est donc controversée. Il n'existe par ailleurs aucun lien historique entre ces objets et le développement des piles contemporaines.

 

En 1786, Luigi Galvani, observe que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent quand elle est mise en contact avec des métaux, de la même manière que lorsqu'on la branche sur une machine électrostatique. Il découvre que la réaction est plus forte quand on utilise un instrument composé de deux métaux différents.

 

En opposition avec les travaux de Galvani (électricité d'origine animale),
 undefinedAlessandro Volta invente la première pile à colonne le 17 mars 1800 (publication soumise le 20 mars 1800 dans une lettre en français au président de la Royal Society, Joseph Banks); ces premiers systèmes étaient constitués d'un 'empilement' de disques de deux métaux différents séparés par des disques de feutre, imbibés d'acide, d'où le nom de l'invention. La pression de la colonne sur les disques du bas provoque un assèchement des cylindres de feutre qui finissent par ne plus remplir leur office. Volta invente donc rapidement la pile à couronne, constituée d'empilements plus petits montés en série. Dès 1802 William Cruikshank crée la pile à auge en disposant verticalement les lames de zinc et de cuivre dans un bac à parois isolantes rempli d'eau acidulée. Elle est beaucoup plus simple à produire que la pile de Volta.

 

Quelques jours après l'invention de Alessandro Volta, deux chimistes britanniques, William Nicholson (1753-1815) et Sir Anthony Carlisle (1768-1840) utilisent la pile de Volta pour réaliser la première électrolyse (électrolyse de l'eau) le 2 mai 1800.

 

Technologies 

Depuis décembre 1998, les piles au mercure sont interdites en Europe (directive 98/101/CE) et aux États-Unis pour des problèmes environnementaux. Il existe donc trois grandes technologies de piles grand public :

 

Pile « alcaline » 1,5 V ( Zn / Zn(OH)42- / K+ + OH- / MnO(OH) / MnO2 / C ).

Pile « saline carbone-zinc » 1,5 V. Pour des appareils à faibles besoins ( Zn / Zn2+ / NH4+ + Cl- / MnO(OH) / MnO2 / C ).

Pile « lithium 1,5 V » (appelée aussi L91). Elle risque d’exploser si on tente de la recharger, capable de maintenir très longtemps la tension électrique.

On trouve aussi des piles à l'oxyde d'argent (certaines piles boutons pour montres) ou des piles air-zinc (utilisées notamment dans les prothèses auditives) ( Zn / ZnO // Ag2O / Ag / C ).

 

 Utilisation des piles 

En moyenne les piles électriques sont jetées alors qu'elles possèdent encore un tiers d'énergie utilisable. En effet, les appareils électroniques (appareil photo numérique, lecteur MP3, etc.) ont besoin d'une tension minimale pour fonctionner, or la tension des piles baisse au cours de leur décharge. De telles piles (alcalines ou charbon-zinc) peuvent alors encore être utilisées pour alimenter des appareils moins exigeants (réveil, jouet, lampe de poche, télécommande, etc.).

 

La performance d'un ensemble de piles est celle de son élément le plus faible. De plus, si un élément était moins chargé que les autres, il serait parcouru par un courant électrique à cause des autres piles (ce qui reviendrait à le charger à l'envers et deviendrait dangereux). Il faut donc changer toutes les piles en même temps et utiliser des modèles similaires.

 

En général toutes les piles se déchargent au cours du temps, même si elles ne sont pas utilisées. Il existe des technologies de piles activables qui permettent de retarder le démarrage de la réaction. Elles sont par exemple utilisées dans les éléments de sécurité (airbag, balise de détresse de bateau, etc.) ou dans certaines applications militaires.

 

 

 Recyclage 

 

Piles usagéesLes piles sont des déchets dangereux. Elles contiennent des métaux (nickel - cadmium - mercure - plomb - fer - zinc - lithium) dont certains sont toxiques et nocifs pour l'environnement. Le plomb et le mercure, notamment, sont des poisons pour les humains et les animaux. Les piles ne doivent pas être jetées dans une poubelle ordinaire, mais rapportées dans un point de collecte.

 

En France, les vendeurs qui commercialisent des piles et des batteries sont tenus de les reprendre gratuitement une fois usagées. Les piles doivent ensuite être valorisées ou éliminées. En Suisse, une taxe comprise dans le prix de vente finance le recyclage des piles. En Belgique, environ 70 % des piles étaient collectées en 2000. En France en 2006, près de 9 000 tonnes ont été collectées et recyclées selon l'Ademe.

 

Le recyclage permet de récupérer des métaux réutilisables (fer, manganèse, zinc et mercure principalement). Mais les piles ne sont pas recyclables à 100 %, et les scories résiduelles doivent être déposées dans des décharges.22. Taux de recyclage en 1999: 55% contre 35% en 1998 (nouveau procédé pour les piles salines et alcalines). Ce taux est basé sur le poids total brut des piles collectées. 15% à 18% du poids des piles est constitué d’eau.

 

Publié dans DOSSIER DU JOUR

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