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Physique-Chimie 1re

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HISTOIRE DES SCIENCES



Une brève histoire des piles




A.
Élaboration des premières piles

Toute pile est constituée de trois éléments : deux métaux différents et un électrolyte (solution ionique). Le couple de métaux utilisés, ainsi que la nature et la forme de l’électrolyte permettent d’obtenir toutes sortes de piles aux capacités diverses.

Alessandro Volta (1745-1827) met au point la première pile, constituée d’un empilement de zinc, de cuivre et de carton imbibé d’eau salée. Mais la pile Volta présente deux inconvénients : d’une part, elle produit du dihydrogène, dont l’accumulation fait chuter la tension de la pile et d’autre part, la pile n’est pas étanche car le liquide imbibé dans le carton a tendance à couler.

Volta

Pile Volta
ZnZn2++2e\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-}
2H++2eH22\,\mathrm{H}^{+}+2\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2}

B.
Améliorations de Daniell et Leclanché

Le développement du télégraphe nécessitant des sources de courant constantes, John Daniell (1790-1845) améliore la pile de Volta. Sa pile est constituée d’une électrode en cuivre plongeant dans une solution contenant des ions Cu2+\text{Cu}^{2+} et d’une électrode en zinc plongeant dans une solution contenant des ions Zn2+\text{Zn}^{2+}. Les deux solutions sont séparées par une paroi poreuse, permettant le déplacement des ions. Du dihydrogène parasite se forme, mais cette pile nécessite cependant moins d’entretien que la pile Volta et délivre une tension plus élevée, qui chute moins rapidement.

Georges Leclanché (1839-1882) présente à l’Exposition universelle de 1868 une pile zinc-manganèse, rapidement améliorée pour donner la pile saline dont la conception domine le marché durant plus d’un siècle. Elle se présente comme une pile moderne : un cylindre renfermant les réactifs (zinc, dioxyde de manganèse, électrolyte). On observe encore la formation parasite de dihydrogène gazeux, dont l’accumulation risque de faire exploser le cylindre en plus de gêner les réactions. Toute l’astuce de Leclanché réside dans l’emploi du dioxyde de manganèse, qui oxyde H2\text{H}_{2} en H+\text{H}^{+} et évite ainsi ces inconvénients. Leclanché parvient de plus à gélifier l’électrolyte, ce qui rend sa pile considérablement plus pratique que les piles type Daniell contenant un électrolyte liquide.

Daniell

Pile Daniell
ZnZn2++2e\mathrm{Zn} \longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-}
Cu2++2eCu\mathrm{Cu}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}

Leclanché

Pile Leclanché

C.
Vers les piles alcalines modernes

Pour les besoins des services de communication de l’armée américaine, Samuel Ruben (1900-1988) met au point en 1942 une pile au mercure dont la durée de vie est six fois plus élevée que les piles Leclanché. Après la guerre, il s’associe avec l’industriel Philip Mallory (1885-1975) pour former ce qui deviendra Duracell, une entreprise commercialisant des piles alcalines, dérivées de la pile au mercure. Le mercure étant trop onéreux, Ruben reprend le coupe zinc/manganèse de Leclanché, en utilisant un électrolyte basique, ou alcalin, qui donne son nom à la pile.

Pile alcaline

Piles commerciales
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