CHAPITRE III

LES PILES A. OXYDES MÉTALLIQUES DÉPOLARISANTS. — PILES DE LA RIVE, LÉCLANCHÉ, BINDER, GAIFFE, CLA- MOSD, REYN1ER, DANIELL, LALANDE ET CHAPERON.

Au lieu de produire un dégagement d'oxygène;, pour réduire l'hydrogène, cause de la dépolarisation des piles, on peut se servir d'un oxyde métallique, qui produise la même réduction de l'hydrogène.

Auguste de la Rive eut le premier l'idée de se servir d'un oxyde métallique pour produire la réduction de l'hydrogène, et par conséquent, la dépolarisation du zinc.

La pile à oxyde de manganèse proposée

par Auguste de la Rive ne fut jamais mise en usage, mais un physicien français, Léclanché, construisit, trente ans plus tard, une pile, qui repose sur le même principe, et qui est adoptée aujourd'hui dans le monde entier.

Le premier modèle de cette pile, que construisit Léclanché, consistait en un vase extérieur carré, en verre, dont le goulot, juste assez large pour laisser entrer le vase poreux, empêche le liquide de s'évaporer trop rapidement. Le goulot a un renflement longitudinal, qui permet d'introduire le crayon de zinc, et le liquide qui doit alimenter la pile. Le vase poreux contient, en quantités égales, du peroxyde de manganèse en grains et de petits fragments de charbon de cornue. Au centre de ce mélange est une plaque de charbon, surmontée d'une tète en plomb, qui sert à fixer l'électrode. Dans le vase extérieur, on met du chlorhydrate d'ammoniaque, puis de l'eau, jusqu'aux deux tiers de la hauteur du vase poreux. La pile commence à fonctionner dès que le liquide pénètre dans la masse du peroxyde de manganèee, mais l'action chimique n'a lieu que quand le circuit est fermé.

Cette pile se polarisait difficilement, et se dépolarisait dès que le circuit était ouvert. Elle présentait l'avantage de ne contenir que des matières inoff'ensives, d'être d'un prix peu élevé, de ne répandre aucune mauvaise odeur, de pouvoir durer très longtemps, enfin, de produire un courant constant et énergique.

Ce premier modèle de pile à peroxyde de manganèse avait pourtant l'inconvénient grave de présenter beaucoup de résistance au passage du courant. Léclanché construit un second modèle, dans lequel (fig. 324) le vase poreux est supprimé, et remplacé par un mélange de charbon de cornue, de peroxyde de manganèse, et de 5 pour 100 de gomme laque comprimée à 300 atmosphères, et chauffée, en même

emps, à 100 degrés. On obtient ainsi des nasses compactes, ou agglomérées, qui lurent plusieurs années. Le zinc, dont la orme reste la même, est séparé du char- )on par un morceau de bois, et il est pressé contre les agglomérés à l'aide d'anneaux en caoutchouc, comme le représente la figure 325.

L'élément Léclanché à vase poreux présentait, avons-nous dit, une grande résistance intérieure. Cette résistance a été ré duite à son minimum dans la pile agglomérée

Fig. 324. — Pile Léclanché à agglomérés.

à plaques mobiles. La force électromolrice de ces éléments est de 1 , 4 volts environ. Elle est indépendante de la dimension des éléments. La résistance intérieure de l'élément à deux plaques et à crayon (modèle des télégraphes) es^ de 1, 2 ohms, au plus. La résistance de cet élément tend même à diminuer, au fur et à mesure du fonctionnement de la pile, par suite de la formation du chlorure de zinc, corps très bon conducteur de l'électricité. Dans les éléments à vase poreux, cette résistance dépassait souvent 6 ohms.

La pile Léclanché ne cause aucune dé-

pense quand le courant n'est pas établi; ce qui lui assure une grande supériorité sur la plupart des piles. 24 de ses éléments peuvent remplacer 40 éléments de la pile de Daniell. Elle offre très peu de résistance au courant. Elle ne répand pas d'odeur appréciable, et n'émet pas de vapeurs acides. Son entretien est très peu coûteux, en raison du I prix peu élevé du sel ammoniac et de l'oxyde de manganèse. Enfin, elle résiste, sans se geler, à un froid intense; ce qui lui assure la préférence sur beaucoup d'autres piles, pour les pays du nord, tels que la Russie septentrionale, la Suède, la Norvège, le Canada, etc.

Les éléments Léclanché peuvent être pré-

Fig. 325. — Pile Léclanché à agglomérés (attacha- da charbon et du zinc dans le vase).

parés longtemps à l'avance, et conservés indéfiniment en magasin. Et quand on ajoute le liquide, ils peuvent être employés surle-champ.

Une fois montés, on peut les abandonner pendant fort longtemps ; aucune évaporation ne se produit, pour ainsi dire, et il n'y a aucune consommation des substances agissantes. Leur forme les rend facilement transportables, et l'on est dispensé de tous soins d'entretien, pendant des mois entiers, du moins suivant l'activité du travail qu'on lui demande.

Un élément Léclanché fournit un courant plus intense que le couple de Daniell de même grandeur.

Tous ces avantages pratiques expliquent le succès général de la pile Léclanché, qui

est aujourd'hui l'une des plus employées pour les télégraphes électriques, le téléphone et les sonneries électriques.

Il faut seulement se garder d'appliquer cette pile aux usages auxquels elle n'est pas propre, c'est-à-dire dans tous les cas où l'on a besoin d'un courant continu, et d'une quantité d'électricité considérable. Mais pour les courants qui ne doivent être établis qu'à des intervalles éloignés, comme pour les sonneries électriques et le téléphone, la pile Léclanchén'a point de rivale.

U élément Binder n'est qu'une modification de la pile Léclanché. Il se compose d'un vase cylindrique, qui porte, à peu près vers son milieu, une saillie, servant d'appui à un cylindre de zinc, creux. Au centre du vase, se trouve un crayon de charbon, que l'on entoure d'un mélange de bioxyde de manganèse et de charbon, jusqu'à la hauteur de la saillie. Un couvercle percé de deux ouvertures par lesquelles passent les électrodes empêche l'évaporation de la solution de chlorhydrate d'ammoniaque.

Gaiffe a modifié la pile Léclanché en remplaçant le chlorhydrate d'ammoniaque par du chlorure de zinc à 45" B. Le courant résulte de l'oxydation du zinc aux dépens du bioxyde de manganèse, qui passe à l'état de sesquioxyde. L'oxy chlorure de zinc étant soluble dans le chlorure de zinc, l'action n'est pas arrêtée. La force électromotrice du couple équivaut à un couple et demi de Daniell. Sa constance est assez grande, et sa polarisation très lente; elle disparaît même lorsqu'on laisse quelque temps la pile en repos.

La pile de Gaiffe au chlorure de zinc est représentée dans la figure 32fi.

Le charbon est prismatique ; mais il est percé, dans le sens de sa longueur, de 4 trous, dans lesquels on place le bioxyde de man-

ganèse, en le tassant légèrement; ce qui a pour effet de supprimer le vase poreux, tout en diminuant la résistance électrique. Ces trous servent à retirer le produit résultant

Fig. 32C. — Pile Gaiffe au chlorure de zinc.

de la réaction chimique qui a engendré l'électricité. Le vase de verre qui contient le charbon est carré, et fermé par un bouchon luté à la cire, et présentant seulement un trou, qui sert à introduire le liquide dans le vase, et à faire pénétrer le bâton de zinc.

La force électro-motrice de la pile au chlorure de zinc, de Gaiffe, est inférieure à celle de la pile Léclanché.

Pour éviter la décroissance rapide qu'éprouve la force électro-motrice des piles au bioxyde de manganèse, M. Devos a construit un couple dans lequel le vase poreux est supprimé, et où l'élément dépolarisateur et l'élément actif sont mélangés autour du conducteur positif. Ce dernier consiste en une lame de charbon, qui divise la pile en deux parties : d'un côté est le zinc et le bioxyde de manganèse, de l'autre, un mélange de chlorhydrate d'ammoniaque et de coke concassé. On charge le couple avec de l'eau pure, qui dissout le sel ammoniac et met la pile

SUPPLÉMENT A LA PILE DE VOLTA

m activité. Le zinc se transforme en chlo- "are, et le graphite joue le rôle de dépola- •isateiir mécanique.

MM. Leroux et Guiguet ont obtenu des 3iles à courant intense, en substituant à 'acide azotique de la pile Archereau, du )ioxyde de manganèse, et en remplaçant 'acide sulfurique par de l'acide chlorhydripe étendu d'eau.

M. Edredge a fait une pile au protoxyde de )lomb, que l'on dit être très constante, et :jui est formée d'un vase au fond duquel est placée une plaque de plomb, constituant le conducteur positif. Au-dessus, se trouve la [itharge, puis de l'eau salée, dans laquelle plonge le conducteur négatif. Celui-ci consiste en une lame de zinc amalgamé, susjendue, par trois agrafes, au vase de la aile. L'action est la suivante : l'hydrogène, iégagé par l'attaque du zinc, réduit la litharge, qui se dépose à l'état métallique sur a lame de plomb.

MM. Glamond et Gaiffe ont substitué au bioxyde de manganèse de la pile Léclanché le sesquioxyde de fer. Le défaut de cette pile est d'offrir une énorme résistance intérieure ; en revanche elle est impolarisable, et ne s'use que quand son circuit est fermé.

M. Reynier a construit une pile dont le vase poreux, constitué par du papier-parchemin, renferme du cuivre métallique et du sulfate de cuivre. Autour est ime solution concentrée de soude caustique.

Le principal avantage de cette pile réside dans son peu de résistance, qui lui donne une intensité considérable. Avec moins de 30 éléments on peut produire l'incandescence d'une lampe électrique Swam ou Edison.

M. Desruelles a construit des piles Da-

niellet Léclanché qu'il a rendues facilement transportables en entourant le vase poreux d'amiante imbibée de la solution excitatrice.

Ces piles, analogues à celle que Zamboni proposa, en 1812, ne sont applicables que pour les actions discontinues, parce que le liquide, étant immobilisé, ne peut reprendre son homogénéité que par diffusion à travers l'amiante.

MM. de Lalande et Chaperon ont imaginé de construire, avec l'oxyde de cuivre et la potasse, une pile à un seul liquide et à dépolarisant solide, qui constitue un générateur électrique constant, simple, économique, et ne consommant les matières actives qu'en proportion du travail fourni.

L'oxyde de cuivre est un des oxydes qui abandonnent le plus facilement l'oxvgèue, et ce composé a encore l'avantage de donner, après sa réduction, un métal très bon conducteur de l'électricité.

C'est cet oxyde que MM. Lalande et Chaperon emploient comme dépolarisant, en le mettant en contact avec une surface métallique dont le prolongement constitue l'électrode négative.

L'électrode positive est une tige à lame de zinc, plongeant dans une solution de potasse caustique k 30 ou 40 p. 100, qui sert de liquide excitateur.

MM. de Lalande et Chaperon donnent à leur pile diverses dispositions. Le zinc a tantôt la forme d'un cylindre, tantôt la forme d'une tige cylindrique roulée en spirale et suspendue à la partie supérieure du vase plein du liquide excitateur.

Nous décrirons d'abord ce dernier modèle, que les inventeurs appellent fnodr/ren spirale.

\! élément à spirale (fig. 327) à couvercle mobile est formé d'un vase cylindrique eu verre, V, contenant :

1° Une boite en tôle, A, pouvant servir à transporter la potasse caustique, et destinée

à recevoir l'oxyde de cuivre lorsque la pile est montée.

2° Un zinc amalgamé, D, contourné en spirale et qu'un écrou, F, servant de borne, fixe au couvercle mobile. Un tube de caout-

Fig. 327. — Pile Lalaude et Chaperon (modèle eu spirale).

chouc, C, protège le zinc, qui a toujours une tendance à se casser au niveau du liquide excitateur.

3° Une tige de cuivre, G, isolée par un tube de caoutchouc et traversant le couvercle. Cette tige est fixée, à sa partie inférieure, à la boîte A, et constitue le pôle positif de l'élément.

Pour mettre cet élément en service, on retire la boîte de tôle, pour la charger d'oxyde, puis on la replace au fond du vase, que l'on remplit ensuite avec la solution de potasse. Lorsque le liquide est devenu clair, on remet le couvercle, en ayant soin que le caoutchouc qui entoure la tige de cuivre l'isole bien du zinc.

L'élément à spirale se recommande spécialement pour la charge des accumulateurs.

La deuxième forme de ces éléments (fig. 328) est le modèle à grande surface, dit

Fig. 328. — Pile de Lalande et Chaperon (élément à auge).

modèle à auge. Il se compose d'une auge A, en tôle de fer, dont le fond est garni d'une couche d'oxyde de cuivre. Sur cette couche est étendue une feuille de papier-parchemin, sur laquelle reposent, aux quatre coins, les supports isolateurs L, devant porter la plaque de zinc amalgamé, D.

Sur l'auge même est fixée la borne C, du pôle positif; celle du pôle négatif. M, est attachée à une lame de cuivre rivée au zinc.

Uélément à auge s'emploie pour la galvanoplastie, la charge des accumulateurs et la lumière électrique. Deux éléments, grand modèle, équivalent à un élément Bunsen de G", 20 de hauteur.

M. d'Arsonval, qui a expérimenté à plusieurs reprises l'élément à auge de MM. de Lalande et Chaperon, s'exprime ainsi dans la Lumière électrique du 25 août 1883:

« Un kilogramme d'accumulateurs dépose 20 grammes de cuivre, tandis que 1 kilogramme de pile Lalande-Chaperon dépose 100 grammes. La quantité de coulombs (1) donnée par la pile est donc o fois plus grande que celle qui est fournie par l'accumulateur du même poids.

Quant au travail électrique, la pile Lalande- Chaperon, à poids égal, vaut deux accumulateurs Planté, bien formés comme quantité d'énergie emmagasinée. J'ai souvent pesé le zinc, après avoir fait donner à la pile un travail connu; toujours la * consommation a été à très peu près égale à celle qui est indiquéepar la théorie. Ce fait prouve, par conséquent, que ce couple est exempt de réactions secondaires et ne consomme qu'en proportion du travail fourni.

Les essais de M. Hospitalier rapportés dans l'Electricien du i" août 1882 ont donné les résultats suivants :

La pile dont la face électro-motrice initiale, une heure après le montage, était de 0,98 volts, a été mise en circuit pendant six jours entiers sur une résistance au fil de maillechort de 0,8 ohm.

(I) Le coulomb est l'unité de quantité d'électricité qui traverse un circuit pendant une seconde, lorsque l'intensité est de 1 ampère.

SUPPLÉMENT A LA PILE DE VOLTA

Le courant fourni a été, en moyenne, d'un demiampère (1) pendant six jours en 518,400 secondes. La quantité totale d'électricité fournie a été de 259.000 coulombs, le poids de zinc consommé de 88 grammes, ce qui correspond à une production théorique de 260.000 coulombs; c'est là un point des plus importants, très favorable à la pile de MM. de Lalande et Chaperon, car il montre que la consommation est théorique, c'est-à-dire que l'action locale est pratiquement nulle. L'énergie que la pile est susceptible de fournir est donc disponible à volonté par fractions quelconques, sans qu'on soit obligé de toucher aux éléments pour retirer le zinc du liquide.

La constance remarquable du débit doit être surtout attribuée à ce que le produit de la réduction est du cuivre métallique bon conducteur. »

MM. de Lalande et Chaperon ont donné à leur élément une

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périeure, termine un petit tube métallique qui traverse le bouchon F.

Uélément en obus est surtout employé pour les téléphones et les sonneries d'appartements.

Il en existe un modèle à grande surface qui peut donner un débit allant jusqu'à dix ampères, et s'emploie aux mêmes usages que les éléments Bunsen ou à bichromate de potasse.

La pile à oxyde de cuivre de MM. de Lalande et Chaperon a l'avantage d'être d'une grande surface et de ne produire aucvme émanation pénible. Aucune réaction ne se produit tant que le circuit est ouvert. Quand le

autre disposition , très avantageuse , qui le rend facilement transportable, et lui donne une très grande solidité.

Nous voulons parler du modèle en obus représenté ici.

Le vase extérieur, au lieu d'être en verre, est formé par une sorte de bouteille en fonte, qui constitue le pôle positif de l'élément.

Un tenon, A, sert à fixer la lame AC, foi'mant électrode. Le vase V est paratlîné à chaud, pour empêcher les dérivations et afin de le rendre inoxydable. Une tige de laiton amalgamé K, tci^minée par la borne F, est fixée au bouchon de caoutchouc, C, et porte un gros cylindre de zinc amalgamé, D. Enfin, une soupape H, formée d'un bout de tube en caoutchouc fendu à sa partie su-

(1) L'ampère est l'unité d'intensité; c'est la quantité d'électricité que traverse un circuit ayant pour résistance 1 ohm, sous rinfluence d'une différence de potentiel de 1 volt.

courant est fermé, le zinc se dissout dans la potasse, en formant du zincate de potasse, et le gaz hydrogène qui se dégage réduit l'oxyde de cuivre.

Ce dernier peut être ramené à l'état d'oxyde, en le chauffant au rouge, et il peut servir à de nouvelles opérations.

Fig. 329. — Pile de Lalande et Chaperon (élément en obus)