CHAPITRE YIII

ÉLEGTROMOTEUBS CHIMIQUES

584, Généralités sur les piles. — Les électroraoteurs les plus fréquemment employés en médecine pour la production des courants sont les électromoteurs cbimiques, ou piles bydro-électriques, dont la découverte est due à Volta.

Toute réaction cbimique exotberraique s'accompagne d'une différence de potentiel sur les corps qui réagissent. C'est ainsi que, si l'on plonge une lame de zinc pur dans de l'eau acidulée, le zinc et l'eau prennent des potentiels différents, en même temps qu'une action cbimique se produit entre ces deux corps; cette action cbimique entre le zinc et l'eau cesse d'ailleurs au moment où la différence des potentiels atteint une certaine valeur. Mais si le zinc et l'eau sont réunis extérieurement par un conducteur, c'està-dire si le circuit est fermé, ce circuit est traversé par un courant continu dû à la différence constante de potentiel que les corps en présence, qui constituent un élément de pile, maintiennent sur les deux pôles, zinc d'une part, eau de l'autre. On constate, en outre, que, dans ces conditions, l'action cbimique se

manifeste aussi longtemps que les pôles de l'élément sont réunis l'un à l'autre.

Le circuit intcrpolaire est généralement constitué par un corps inattaquable plongé dans le liquide, platine, charbon, etc., et par un fil métallique qui réunit ce corps au métal attaqué.

La réaction qui se produit à l'intérieur de l'élément obéit aux lois qui régissent les actions chimiques engendrées par les courants.

Soit, en effet, un élément Zn, eau acidulée et Pt. L'H de l'acide se dégage sur le platine et le radical SO* sur le zinc ; or, pour l'intérieur de l'élément, Zn est le pôle positif et Pt le pôle négatif. Comme dans l'électrolyse et SO^ ne sont respectivement mis en liberté que sur les lames de platine et de zinc.

Ajoutons que, quelle que soit la réaction qui accompagne la production du courant, le nombre d'atomes de métal mis en liberté à l'intérieur de la pile pendant un temps donné est égal au nombre d'atomes de métal mis également en liberté, pendant le môme temps, par le courant de la pile agissant par électrolyse sur une solution d'un sel métallique quelconque. Cette loi a été établie par Faraday, comme celles du paragraphe 580.

La différence de potentiel aux pôles, ou la force électromotrice d'un élément de pile, dépend des corps qui réagissent entre eux ; elle est par contre absolument indépendante de la grandeur de l'élément.

La différence des potentiels des pôles d'un élément de pile est toujours très faible, quels que soient les corps qui entrent dans la constitution de l'élément, puisqu'elle ne s'élève guère au-dessus de 2 volts ; par contre, le débit, c'est-à-dire la quantité d'électricité qui circule pendant une seconde dans le circuit extérieur fermé, est très considérable. Ces caractères de l'électromoteur chimique sont exactement inverses de ceux des électromoteurs étudiés au chapitre IV; ceux-ci, eu effet, réalisent une différence très considérable de potentiel aux pôles, mais n'ont, par contre, qu'un très faible débit.

585. Zinc ordinaire et zinc amalgamé. — Si l'on plonge dans l'eau acidulée par SO'TP, non plus du zinc pur, comme nous l'avons supposé ci-dessus, mais du zinc ordinaire, l'attaque de l'acide par le métal se produit môme lorsque le circuit extérieur

est ouvert, et le zinc se recouvre de bulles d'hydrogène. Ces faits sont dus aux. impuretés du zinc et aux. courants locaux qui prennent naissance; il y a par suite une dépense d'action chimique dont on ne recueille pas l'équivalent sous forme de courant dans le circuit extérieur. La pile, en d'autres termes, s'use sans proGt.

Avec le zinc amalgamé, au contraire, les choses se passent comme avec le zinc pur ; aussi est-ce du zinc amalgamé que l'on fait toujours usage dans la construction des piles.

586. Polarisation des piles. — Lorsqu'on mesure l'intensité du courant l'ourni par un élément tel que celui que nous avons considéré plus haut, on constate que cette intensité diminue rapidement dans les premiers instants qui suivent la fermeture du circuit. Ce fait est dû aux causes suivantes :

Une partie de l'hydrogène mis en liberté reste adhérent à la lame de platine et augmente ainsi la résistance intérieure de la pile ;

La proportion d'acide va en diminuant et est remplacée par une proportion correspondante de sulfate de zinc ;

L'hydrogène mis en liberté sur le platine réagit sur l'eau acidulée pour entrer de nouveau en combinaison ; cette réaction, inverse de la première, donne naissance à une force dite contre-éleclromotrice ou de polarisation, inverse de celle de la pile et engendre par suite un courant qui, inverse du courant principal, diminue l'intensité de celui-ci.

Pour mettre en évidence l'existence de cette force contre-électromotrice, il suffit de faire passer un courant à travers un voltamètre à fils de platine (fig. 353) contenant de l'eau acidulée et de recueillir séparément les gaz mis en liberté. Lorsque le courant a passé durant un certain temps, si l'on réunit directement à un galvanomètre les fils du voltamètre, on constate l'existence d'un courant inverse du premier, et l'on voit les gaz recueillis disparaître peu à peu. Cette action chimique doit se produire également Fig. 353. — voipeodant le passage du courant principal et doit donc '™etre. exister dans l'intérieur de la pile, où elle est accompagnée de la production de la force contre-électromotrice.

C'est cette force contre-électromotrice que l'on a utilisée dans la eonstruction des accumulateurs dont il sera question plus loin.

587. Piles à courant constant. — Le courant d'une pile sera constant, ou du moins sensiblement constant, si l'on fait en sorte que l'hydrogène soitengaf^é dans une combinaison différente de celle qui détermine la force contre-électromotrice et incapable de produire un effet analogue. On arrivera aussi au môme résultat en choisissant les corps constituants de la pile de manière qu'ils ne mettent en liberté aucun corps susceptible de donner naissance à une force contre-électromotrice.

L'un et l'autre de ces principes ont été utilisés dans la construction des éléments de pile pour obtenir des courants sensiblement constants.

588. Eléments divers. — Nous décrirons sommairement les éléments les plus fréquemment employés, en particulier dans les applications médicales et physiologiques.

Fig. 354. — Élément Dauicll.

Fig. 355. — Élément au bichromate.

Élément daniell. — La constitution de cet élément (fig. 354), de force électromoirice égale à 1.08 volt, est la suivante :

Zinc

Eau acidulée par S0<H2

Vase poreux

Solution de SO^Gu

Lame de Gu

L'hydrogène de SO^IP se substitue à Ou de SO'Ou dans l'inté-

rieur de la paroi du vase poreux, où les deux liquides se rencontrent et il se dépose Cu sur la lame de cuivre ; il ne peut donc se produire aucune réaction capable de donner lieu à une force contreélectromotrice.

Elément Bunsen. — Cet élément, dont la force élcclromotrice est de 1.8 volt, se compose de:

Ziuc

Eau acidulée par S0<H'-2

Vase poreux

Solution de AzO^H

Cylindre de G

L'hydrogène deSO-'H'-* décompose l'acide azotique pour former H'-^O et met en liberté de l'acide hypoazotique qui se dégage sans polariser l'élément.

Elément au bichromate dépotasse. — Cet élément (fig. 355) est constitué par de l'eau acidulée, additionnée de bichromate de potasse, dans laquelle plongent des lames de zinc et de charbon. Le corps dépolarisant, bichromate de potasse, est ici mélangé à l'eau acidulée ; l'hydrogène mis en liberté réduit le bichromate, et il se forme de l'oxyde de chrome.

Cet élément est le plus fréquemment employé pour la galvanocauslique thermique; sa force électromolrice est en moyenne de 1.8 volt.

Elément Leclanché. — Une lame de ziuc Z (fig. 356) et un cylindre C, constitué par du charbon et du bioxyde de manganèse agglomérés entre eux, plongent dans une solution de chlorhydrate d'ammoniaque .

Le corps dépolarisant, MnO^, est soHde ; les réactions intérieures à cet élément sont imparfai tement connues; sa force électromotrice est 1.48 volt.

Fi:;. 356. — Élément Leclanché.

Elément au chlorure d'argent. — Il est constitué par une lame de zinc Z (fig. 357) et un fil d'argent recouvert de clilorure d'argent Y, corps dépolarisant solide ; la lame et le fil plongent dans une solution de chlorure de sodium ou sont simplement en contact avec des feuilles de papier buvard interposées en î et imbibées de chlorure de ^ sodium.

Le zinc déplace le sodium de son chlorure, et le sodium déplace à son tour l'argent pour reformer du chlorure de sodium. Comme il n'y a pas de gaz mis en liberté, on peut fermer hermétiquement la pile, ce qui la rend transporlable sans inconvénient.

Le courant obtenu avec cet élément a une constance remarquable ; la force électromotrice est de 1.03 volt.

Elément au sulfate de mercure. — Il n'y a pas de corps dépolarisant. Cet élément présente l'avantage d'être suiSsant, sous un très petit volume, pour actionner un appareil d'induction Fig- 357, — Élément au portatif ; sa forcc électromolrice au début est de

chlorure d'argenl. | ^ ^^j^j.

La figure 358 représente deux de ces éléments réunis en série. Une auge double en ébonite reçoit deux lames de charbon G ei C; des lames de zinc Z, Z' sont maintenues à une certaine distance des premières, et un fil de platine P fait communiquer le zinc d'un couple avec le charbon de l'autre ; on verse dans chacune des auges

une pincée de sulfate de bioxyde de mercure et assez d'eau pour faire baigner les lames de zinc. On prend le courant en BR (pôle positif) et en AR' (pôle négatif).

589. Piles médicales. Collecteurs. — Les divers éléments que nous venons de passer en revue sont employés dans la clinique et dans les laboratoires de Physiologie.

Les piles médicales peuvent être installées à poste fixe ou être transportables. Dans le premier cas, on choisit de préférence de grands éléments ; dans le second cas on se sert d'éléments plus petits, ce qui diminue le poids total de la pile sans entraîner de changement dans la valeur de la force électromotrice. La forme

Fig. 359. — Pile portative munie d'un collecteur douhle.

des appareils portatifs varie évidemment avec les constructeurs ; la figure 359 représente une pile portative de Gaiffe formée de 24 éléments.

Qu'elles soient transportables ou fixes, il est commode que les piles soient munies d'un collecteur, c'est-à-dire d'un dispositif qui permette d'introduire facilement dans le circuit le nombre d'éléments nécessaires pour donner l'intensité voulue.

Collecteur simple. — Soit un certain nombre d'éléments associés en série ; si l'on réunit par un fil conducteur A le pôle positif Imbert. — Physique biolog. 63

gcj4 ÉLECTRICITÉ.

du premier élément au pôle négatif de l'élément de rang n, le circuit A ne sera traversé que par le courant fourni par les n premiers éléments. Un collecteur simple est constitué par une série de bornes, disposées rectilignement ou circulairement, auxquelles aboutissent respectivement les pôles négatifs des divers éléments et sur lesquelles peut se déplacer un corps conducteur C réuni à l'une des extrémités du circuit extérieur A, dont l'autre extrémité aboutit au pôle positif de la pile ; suivant que le conducteur G est

réuni au pôle négatif de l'élément de rang 1, 2... n, le courant qui traverse le circuit extérieur est fourni par 1, 2...

n éléments.

CoUecteur double. — Soient n éléments réunis entre eux en série et représentés en PN (fig. 360), les parties noires et ombrées de chaque élément figurant respectivement les pôles positifs et négatifs. Réunissons les pôles positifs des divers éléments à autant de bornes, représentées sur la figure par des points noirs disposés suivant une droite, et faisons communiquer ces bornes avec d'autres bornes disposées également suivant une droite parallèle à la précédente.

Soit maintenant un circuit extérieur AP'N'B dont les extrémités A et B aboutissent aux

Fig, 360. — Schéma du collecteur double.

bornes 9 et 3. Il est facile de voir que, dans ces conditions, le circuit extérieur, supposé fermé, sera parcouru par le courant correspondant aux éléments compris entre les bornes de rangs 9 et 3 et que les éléments qui aboutissent aux bornes 10, 11, 12 d'une part, 2, 1 , 0 d'autre part, n'interviennent en rien dans la production de ce courant. Par suite, si les extrémités A et B du