DES PILES ÉLECTRIQUES

La pile électrique telle que la disposait Yolta, était composée d’un certain nombre de couples formés chacun d’un disque de cuivre et d’un disque de zinc soudés par l’une de leurs faces, puis empilés l’un au-dessus de l’autre en séparant le disque de zinc, d» cuivre de l’autre couple, par une rondelle de drap imbibée d’eau salée.

Volta, pour expliquer les effets qu’il obtenait avec cet instrument, admit que le zinc dans son contact avec le cuivre prend l’électricité positive et donne à ce dernier l’électricité négative, quelle que soit la charge primitive commune aux deux métaux; de sorte que dans une pile les différences de tension entre les disques successifs s’ajoutent si la rondelle d’eau salée peut être considérée comme un simple conducteur. Lorsque la pile est isolée, on constaté aux extrémités une différence de potentiel proportionnelle au nombre des couples. Nous discuterons plus loin cette théorie, qui a donné lieu à dé longs débats. En nous plaçant au seul point de vue des actions chimiques produites, comme nous l’avons fait dans tout ce travail, on voit que la rondelle humide est imbibée d’un liquide qui attaque inégalement le zinc et le cuivre, et que l’on doit avoir dans ces circonstances un courant électrique allant du zinc au cuivre à travers la pile,

A sa première disposition Volta substitua la pile à couronne de tasses, et peu après l’on construisit les piles à auges et les piles à la Wollaston, qui fonctionnent avec de l’eau acidulée. Nous n’insisterons pas sur ces appareils.

Lorsqu’on fait usage de ces piles, on observe qu’au moment où l’on ferme le circuit ü se produit un dégagement d’électricité qui peut être d’abord très énergique; puis le courant s’affaiblit rapidement, et finit par s’annuler au bout de •quelque temps,

M. Becquerel a été le premier qui reconnut la véritable cause de cet affaiblissement. En annulant cette cause perturbatrice, il put construire des couples à courant constant, les seuls qui ont permis et l’étude des lpis des courants électriques, et quelques-unes des plus belles applications de l’électricité. Dans un mémoire publié en 1829 (1), il s’exprime ainsi :

s La pile porte avec elle la cause des diminutions qu’éprouve continuellement l’intensité du courant électrique, car dès l’instant qu’elle fonctionne il s’opère des décompositions et des transports de substances qui polarisent Ips plaques de manière à produire un courant en sens inverse du premier. L’art consiste à

(1) Am- de ehim- et de pfiys., 2* série, t. XLI, 1829, p. 23 et 24.

dissoudre ces dépôts à mesure qu’ils se forment, avec des liquides convenablement placés....»

Après avoir décrit les elfets que l’on obtient avec les vases cloisonnés dont nous avons parlé plus haut (p. 6), il ajoute :

«Le maximum d’intensité s’obtient sensiblement quand le cuivre plonge dans une dissolution de nitrate de cuivre et le zinc dans une dissolution de nitrate de zinc....» — « Une pile construite suivant les principes que je viens de faire connaître, c’est-à-dire dans laquelle chaque métal plonge dans une case particulière qui renferme un liquide convenable, cette pile, dis-je, réunit toutes les conditions les plus favorables puisqu’on évite ainsi les causes qui peuvent nuire aux effets électriques.... »

Pile à sulfate de cuivre. — A l’époque où M. Becquerel construisit la première pile à sulfate de cuivre, d’après les principes que nous venons d’exposer, il s’en servit spécialement pour ses recherches sur les composés insolubles cristallisés, et lui donna entre autres les formes suivantes :

Un tube en U contient au fond un peu d’argile humide servant de diaphragme; l’une des branches renferme une dissolution saturée de sulfate de cuivre, l’autre une dissolution saturée de sulfate de zinc ; une lame de cuivre plonge dans le sulfate de cuivre, une lame de zinc dans le sulfate de zinc. Il a employé encore une caisse rectangulaire séparée en deux compartiments par une cloison plane en baudruche ; d’un côté une lame de cuivre plonge dans du sulfate de cuivre, de l’autre une lame de zinc dans du sulfate de zinc.

Depuis cette époque on a beaucoup varié la forme de ces appareils, en substituant à la dissolution de sulfate de zinc, soit de l’eau salée, soit de l’eau acidulée par l’acide sulfurique. La forme généralement adoptée aujourd’hui est la suivante :

Dans un vase cylindrique en grès ou en verre, qui contient l’eau acidulée ou la dissolution de sulfate de zinc, plonge une lame de zinc courbée en forme de cylindre. Au centre de celui-ci plonge un vase poreux cylindrique contenant une dissolution saturée de sulfate de cuivre dans laquelle plonge également une lame de cuivre. Des cristaux de sulfate de cuivre en réserve soit au fond du vase poreux, soit dans un petit ballon renversé, servent à maintenir la concentration de la dissolution.

La pile à sulfate de cuivre est celle dont l’intensité est le plus régulièrement constante; elle a été construite, comme nous venons de le dire, en 1829, par M. Becquerel ; mais alors l’usage des piles électriques était peu répandu. Sept ans plus tard, M. Daniell donna à cette pile une disposition un peu différente, dont il ne reste rien dans la forme adoptée aujourd’hui ; il en répandit un grand nombre sous son nom, que quelques personnes ont continué à conserver improprement à la pile à sulfate de cuivre.

Couple à oxygène. — Un autre couple imaginé également par M. Becquerel est le suiv int :

Dans un petit bocal en verre fermé par un bouchon et contenant de l’acide nitrique concentré, plonge une tube en verre fermé à sa partie inférieure par

un morceau de vessie. On verse dans le tube une dissolution concentrée de potasse caustique, et l’on fait plonger dans chaque dissolution une lame de platine munie d’un fil du même métal. Lorsque l’on réunit les deux fils, il se manifeste un courant électrique énergique ; la lame plongée dans la potasse rjend l’électricité négative.

Pendant que l’appareil fonctionne, l’eau est décomposée ; l’hydrogène se rend sur la lame qui plonge dans l’acide, et donne naissance à de l’acide hypoazotique, tandis que l’oxygène se dégage sur la lame de platine qui plonge dans la potasse, ce qui a fait donner à ce couple le nom de pile à oxygène.

Pour avoir un appareil qui fonctionne pendant longtemps, on peut employer une autre disposition : L’acide azotique et les dissolutions de potasse sont dans deux bocaux séparés, réunis à leur partie supérieure par un tube rempli d’eau salée. Les extrémités coudées de ce tube sont en platine et sont fermées par des petites lames de platine percées de trous. Une petite quantité d’argile retenue par ces lames sert de diaphragme poreux entre les diverses dissolutions. En réunissant par des fils de platine les extrémités en platine qui plongent dans chaque bocal, on obtient un courant provenant de la réaction de l’acide sur l’eau, d’une part, et de la réaction de l’eau sur la potasse, d’autre part. La lame plongée dans la potasse prend l’électricité négative. La lame qui plonge dans l’acide est dépolarisée parlaréaction chimique qui s’exerce entre l’hydrogène naissant et l’acide nitrique.

Couple à acide azotique. — Le couple qui précède a servi de type au suivant qui a été imaginé en 1839 par M. Grove. Ce couple consistait à employer, d’une part, une lame de zinc plongeant dans l’eau acidulée ; d’autre part, une lame de platine plongeant dans de l’acide azotique, les deux liquides étant séparés par un diaphragme poreux. L’hydrogène qui provient de la décomposition de l’eau est absorbé par l’acide azotique.

M. Grove avait fait divers essais pour remplacer le platine par du graphite; l’emploi du charbon fut réalisé par M. Bunsen.

Tel qu’on le construit aujourd’hui, le couple à acide nitrique est formé de vases tout à fait semblables à ceux qui ont été décrits pour les piles à sulfate de cuivre. Une lame cylindrique de zinc plonge dans l’eau acidulée par l’acide sulfurique, et dans le vase poreux qui contient de l’acide azotique plonge un gros prisme de charbon de cornue qui sert de conducteur inaltérable.

Ce couple ne donne pas un courant rigoureusement constant ; l’intensité du courant électrique qu’il fournit augmente d’abord pendant quelque temps après qu'il a été chargé, puis diminue ensuite graduellement. L’augmentation d’intensité tient d’abord à l’élévation de température des liquides, puis l’affaiblissement progressif des acides donne lieu au décroissement régulier de l’intensité du courant électrique.

Nous comparerons plus loin les effets qui sont produits par ce couple et par le couple à sulfate de cuivre.

On a proposé divers autres composés pour former des couples à courants plus ou moins constants. Nous reviendrons sur ces couples en traitant de leur force électromotrice. Ceux dont l’usage est le plus répandu sont les couples à sulfate de cuivre et à acide azotique.

Zinc amalgamé. — Dans tous ces couples, au lieu de zinc ordinaire, on se sert de zinc préalablement amalgamé.

H, Davy a observé, en 1827, que le zinc amalgamé est peu attaqué par l’eau acidulée d’acide sulfurique, et qu’il est positif par rapport au zinc pur. M. Kempt est le premier qui en ait fait usage dans les piles voltaïques. L’emploi de cet amalgame' offre plusieurs avantages : la force électro-motrice de 'amalgamé est de 2 à 4 centièmes plus forte que celle du zinc pur. En outre, lorsque le circuit n’est pas fermé, le zinc amalgamé est à peine attaqué alors que le zinc ordinaire se ronge très vite en donnant de l’hydrogène.

Cette altération du zinc non amalgamé semble due aux impuretés qu’il contient et qui forment avec le zinc autant de petits éléments de pile qui décomposent l’eau et rongent le zinc. Avec le zinc amalgamé on devrait donc utiliser pour la production du courant électrique la totalité du zinc dissous, mais on a reconnu cependant que le zinc amalgamé était encore très faiblement altéré sans que le courant soit fermé.

Nous indiquerons plus loin les particularités intéressantes que présentent les forces éleetromotrices des amalgames des divers métaux.