L'énergie en bouteille

Les progrès de la chimie et de l'électrochimie ont permis d'expliquer le principe de la "pile galvanique" (merci Monsieur GALVANI) et de tester de nombreuses combinaisons de matériaux.

Les piles peuvent se classer en deux familles principales :

- Les piles à dépolarisant dans lesquelles l'hydrogène qui se forme au pôle positif doit être réduit par l'oxygène sous peine de voir la pile cesser de fonctionner (polarisation),

- les piles impolarisables dans lesquelles le passage du courant ne modifie pas la nature des contacts électrochimiques.

Les plies industrielles font presque toutes partie de la première famille.

GRENET, DANIELL et bien d'autres ont proposé différentes variantes de ces piles, avec chacune un avantage mais aussi de nombreux inconvénients qui ne rendaient pas leur usage facile :
 

La pile au bichromate de potasse à 2 liquides est due à FULLER. La pile au Bichromate à un seul liquide développée par POGGENDORFF (1842) ou sa variante dite pile de GRENET est composée d'un seul électrolyte. Le bichromate de potasse est fortement toxique et polluant et sa réactivité chimique sur le zinc oblige à introduire l'électrode juste au moment de l'utilisation et à la relever ensuite.  C'est une excellente pile de laboratoire, mais pas une pile d'usage domestique. c'est une pile impolarisable.

Différents modèles de pile au bichromate à un seul liquide  ont été développés telle la pile "à treuil" inventée par Gustave TROUVE ((1838-1902) constructeur français d'instruments scientifiques.

Les différents éléments sont équipés d'un système de relevage à manivelle des électrodes.

La pile DANIELL (1836) ou sa variante la pile CALLAUD fait partie de la famille des piles au sulfate de cuivre. Elles ont été utilisées par le service des téléphones pendant de nombreuses décénies et  contiennent deux électrolytes dont une solution de sulfate de cuivre. Diverses variantes de ce type de pile ont été proposés parmi lesquels les éléments de VERITE, MINOTTO, MEIDINGER, ou l'élément de ESSICK dans lequel les électrolytes sont portés à 70°C par un chauffage modéré, de façon à augmenter la puissance spécifique de la pile. La force électromotrice de ces éléments est de 1,08V.

 
 

Le premier modèle de pile à dépolarisant nitrique remonte à 1839 et est dû au physicien William Robert GROVE (1811-1896). Sa dérivée, la pile BUNSEN (1841) ressemble à la pile DANIELL coté pôle négatif (électrode en zinc) mais diffère au niveau du pôle positif qui est constitué d'un charbon de cornue plongeant dans une solution d'acide nitrique (on disait acide azotique à l'époque).  Cette pile dont la force électro-motrice est élevée (1,9 V contre 1,5 pour la pile Leclanché) est d'usage incommode du fait d'un dégagement de vapeurs nitreuses en fonctionnement. Différents chercheurs étudièrent la pile "à acide azotique" parmi lesquels on peut citer Archeneau (1842), Callan (1847) , Schönbein et Hawkins, Niaudet, Tommasi et enfin d'Arsonval.

 

Vous avez dit LECLANCHE !

Elle se présente sous forme d'un vase en verre et de deux pôles munis d'une borne de raccordement en laiton. le pôle négatif est constitué par un bâton de zinc plongeant dans un liquide constitué par une solution de chlorure d'ammonium dans l'eau. Le pôle positif est un barreau de charbon enfermé dans un vase poreux rempli d'un mélange de charbon en poudre et de bioxyde de manganèse. La pile fournie une tension d'environ 1,5 V. Elle peut fonctionner de façon quasi permanente.  L'entretien de cette pile est simple et se limite à une surveillance périodique du niveau de l'électrolyte et de l'usure du bâton de zinc.

Certes, le transport  reste un problème, mais des progrès rapides vont permettre de figer l'électrolyte et de rendre l'ensemble facilement utilisable dans des applications domestiques et industrielles (gel de l'électrolyte avec de l'agar-agar ou de l'amidon). Un montage en série de plusieurs éléments permet d'avoir un ensemble compact dont la tension peut-être de 4,5V (pour 3 éléments) ou plus (60 éléments pour une pile "haute tension" de 90 V). L'allumage des voitures automobiles américaines dans les années 1910 était obtenu avec des batteries de piles sèches "RELOFF" capable de débiter 30 à 35 ampères.

Dans sa forme moderne, le vase en verre à disparu et l'électrode en zinc constitue l'enveloppe externe de l'élément de pile.

La pile Leclanché va devenir d'emploi courant dans des domaines aussi variés que l'éclairage (lampes de poche), la téléphonie, la surveillance (sonneries d'appel en milieu hospitalier ou dans l'hôtellerie).

Pour une raison historique, la pile FERY mérite d'être évoquée.

Cette pile a été développée pendant la guerre de 14-18.
 

A cette époque le bioxyde de manganèse nécessaire à la fabrication des piles Leclanché provenait de gisements naturels de pyrolusite (bioxyde double de manganèse et de fer) et exigeait un minerai de grande pureté chimique. Un tel minerai, rare en France, était  importé d'Allemagne et était devenue, du fait de la guerre, une matière première sensible. Compte tenu de cet élément, Charles FERY  examine s'il ne serait pas possible de remplacer ce composant  par l'oxygène de l'air qui est présent partout et qui est, de plus, gratuit.  Il met au point une pile d'un nouveau type "à dépolarisant par l'air"dont le fonctionnement s'avère remarquable et le coût de production et d'entretien tout à fait satisfaisant. Le pôle + de cette pile est constitué d'un tube de charbon percé de trous verticaux dans lesquels se fait la réduction de l'hydrogène.  Le zinc est placé au fond du bac et dans ces conditions, il n'est pas attaqué par l'oxygène de l'air. L'hydrogène est généré dans la partie basse du charbon et disparaît en période de repos de la pile sous l'effet de l'activation d'une "pile interne" qui le réduit en partie haute du charbon près de la surface chargée en oxygène de l'air.

Les piles FERY sont caractérisées par une très grande capacité massique. Il était possible d'obtenir au minimum 90 ampères-heures avec 100 grammes de sel d'ammoniac pour une pile dont le poids ne dépassait pas 2,1 Kg. L'emploi de ces piles n'est plus, bien évidemment, d'actualité. Leur emploi était cependant très répandue dans les années 20 comme en témoigne la publicité d'époque ci-contre.

Afin d'améliorer la transportabilité des piles, certains constructeurs ont imaginé des piles "hermétiques et démontables" qui enferment l'électrolyte dans un vase étanche. L'image ci-contre montre une pile de ce type : Il s'agit d'une Pile système BEAUTEY à usage multiple (sonnerie, tableau indicateur, téléphone, voiturette électrique et tricycle). Cette pile existait en deux versions : vase en carton laqué ou vase en celluloïd.

"En remplaçant une pile sèche par une pile liquide hermétique démontable, on réalise une économie de 80%" disait une publicité d'époque (année 1909).

Son usage pour la TSF n'était pas encore cité.

Il existe bien sûr de nos jours différentes sortes de piles qui sont destinées à des usages généraux (piles ordinaires ou alcalines) ou à des usages plus spécifiques telles les piles "au mercure" au lithium employées sur les appareils électroniques ou les montres ou encore à des usages très particuliers civiles ou militaires (piles amorçables, piles rechargeables, piles à combustibles etc...).

Les progrès récents faits dans le domaine des piles sont à la base du développement de l'électronique et de la micro-électronique.