CHAPITRE II

Piles hydroélectriques. — Résistance intérieure d'une pile. — Piles Daniell, Gallaud et Trouvé. — Pile Bunsen- — Piles Poggendorff et Grenet. — Pile Leclanché. — Pile Warren de La Rue. — Utilisation des sous-produits. — Groupement des éléments de pile. — Piles thermoélectriques.

Les piles primaires sont de deux espèces : piles hydroélectriques basées sur les réactions chimiques, et piles thermoélectriques. Ces dernières n'ont jusqu'à présent que des applications très restreintes.

145. Piles hydroélectriques. — Ces piles n'arrivent pas encore à résoudre le problème de la production industrielle de Télectricité ; mais elles sont très employées pour la télégraphie, la téléphonie, les sonneries électriques.

La première qui ait été construite est la pile à colonne de Yolta. On lui a substitué ensuite la disposition à auge, en faisant plonger le couple zinc-cuivre dans l'eau acidulée d'acide sulfurique.

Lorsque Ton ferme le circuit de cette pile, on obtient un courant qui va extérieurement du cuivre au zinc. La différence de potentiel des deux électrodes, due aux forces électromotrices de contact, détermine la production de la réaction chimique indiquée par la formule

Zn + HO + se* H = Za 0, SO^ H -f H.

L'eau est décomposée; son oxygène forme avec le zinc et l'acide sulfurique un sulfate soluble; son hydrogène se dégage autour de la lame de cuivre.

Les tables thermochimiques àeV Annuaire du Bureau des Longi-

iudes indiquent que la formation d'un équivalent d'oxyde de zinc dégage 43,200 calories-grammes , que la combinaison d'un équivalent d'oxyde de zinc avec un équivalent d'acide sulfurique dégage li,700 calories-grammes et que la décomposition d'un équivalent d'eau absorbe 34,S00 calories-grammes.

Il en résulte (n^ 141) que l'énergie correspondante au passage d'un coulomb dans le circuit de la pile a pour valeur

«J (43 200 + 11 700 — 34 500) = 0,000432 x 20 400 izrO^SS

La force électromotrice de la pile est de 0'"",88.

L'électrode positive cuivre, autour de laquelle l'hydrogène se dégage, est évidemment exposée à la polarisation. La polarisation est d'autant plus lente que la surface immergée est plus grande ; elle est ralentie si la surface est grenue au lieu d'être unie. Comme le dépôt des bulles d'hydrogène sur l'électrode positive tend à diminuer la surface utile, il faut combattre ce dépôt en agitant fréquemment cette électrode ou le liquide lui-même.

14 6. Résistance intérieure d'une pile. — Dans la pile de Volta, la transformation progressive de l'acide sulfurique en sulfate de zinc a pour effet d'accroître constamment la résistance du liquide ; de là une cause d'affaiblissement du courant. On peut constater l'augmentation delà résistance c a

intérieure de la pile en recou- /\,/j. • ( t

rant, par exemple, à la mé- | V-^ ^ '

thode suivante, qui permet de mesurer cette résistance à un instant quelconque.

Mettons en circuit (fig. 75) ^ k la pile P, un galvanomètre balistique G etun condensateur C ; "" i — III

installons, en outre, entre les

deux pôles A et B de la pile,

une dérivation de résistance S. Les clés Ki et Kj permettent

d'Quvrir et de fermer à volonté chacun des circuits.

Fermons d'abord la clé K<; le condensateur prendra une charge

tit

Fig. 75.

égale au produit de sa capacité G par la différence E des poteDtiels des deux bornes de la pile en circuit ouvert, Cette charge, ayant traversé instantanément le galvanomètre balistique, a produit une élongation angulaire f i ; la quantité d'électricité qu'elle contient est (n® 122) proportionnelle à sin-^^.

Ouvrons la clé Ki et déchargeons le condensateur sur lui-même. Fermons ensuite la clé Kt; la pile se trouvant fermée sur la résistance S, la différence des potentiels de ses bornes réduira à

r désignant la résistance intérieure de la pile ; si nous fermons alors la clé Kj, le condensateur prendra une charge égale au produit de cette différence de potentiel par sa capacité C; la quantité d'électricité contenue dans cette charge sera proportionnelle à sin ^ , ©,

désignant la nouvelle élongation angulaire obtenue. Nous aurons par conséquent

. „ s in -V r + S 2^

d'oily en remplaçant les sinus par les angles eux-mêmes qui sont très petits,

147. Piles Daniell, Callaud et Trouvé. — La pile Daniell dont la force électromotrice a la valeur 1,068, très voisine de Tohm légal, est à deux liquides, eau acidulée d'acide sulfurique et solution aqueuse de sulfate de cuivre, séparés par un vase poreux (flg. 76).

Son électrode positive est en cuivre et plonge dans le sulfate ; son électrode négative est en zinc amalgamé et plonge dans l'eau acidulée.

Comme dans la pile de Volta, le zinc est Télectrode négative et donne lieu, en présence de Feau acidulée, à la réaction

Zn + HO -H SO* H = Zn 0, SO^ H + H.

Mais l'hydrogène, au lieu de rester en liberté et d'aller se dégager autour de l'électrode positive en la polarisant, décompose le

Rg. 78.

sulfate de cuivre en s'emparant de l'oxygône de sa base et mettant son acide en liberté ; cette seconde réaction est représentée par la formule

H + Cw 0, SO* H = HO + C« + SO* H;

On a un dépdt de cuivre au lieu d'avoir un dégagement d'hydrogène, en sorte que l'on évite ainsi la polarisation. En défini-, tîve, il y a substitution du zinc au cuivre dans le sulfate, comme l'indique la formule

Cu 0, SO* H + Zn = Zn 0, SO' H + Cm,

qui ne tient pas cûmpte des réactions intermédiaires ; celte réaction est exothermique et fournit l'énergie de la pile.

L'amalgamation du zinc empêche ce métal d'être attaqué par l'eau acidulée lorsque le circuit est ouvert. On remédie à la diminution graduelle du sultate de cuivre dans le liquide dépolarisant en ajoutant de temps en temps quelques cristaux de ce sel. L'eau acidulée dissout une proportiou croissante de sulfate de zinc, ce qui fait varier sa résistance.

On a pris la pile Daniell comme étalon de force électromotrice. Son régime est assez constant.

On peut assurer pour plusieurs mois l'approvisionnement de sulfate de cuivre en adoptant la disposition dite en ballon (fig. 77). Le ballon de verre, qui contient le sulfate de cuivre, est rempli d'eau et fermé par un bouchon que traverse un tube de verre ; il

est renversé de manière que le tube descende jusque dans la solution aqueuse et entretienne celle-ri k saturation.

Dans la pile Calland, modifiée par M. Trouvé, on a supprimé ta cloison poreuse (fig. 78). Les deux liquides restent séparés, en

Fig. T.

vertu de la différence de leurs densités, dans un vase de verre cylindrique; c'est le sulfate de cuivre qui occupe le fond du vase. L'électrode positive se compose d'une spirale plate de cuivre dont un bout, entouré d'un tube de verre se relève verticalement suivant l'axe de la pile. L'électrode négative se compose d'une couronne cylindrique de zinc, s' appuyant par trois saillies sur te bord

du vase de verre. Cette disposition a l'avantage de réduire beaucoup le prix de la pile.

On a fait beaucoup d'autres modid cations de la pile Daniell.

148. Pile Bunsen. — La pile Bunsen a une force électromotrice de 1'*", 942, presque double de la précédente. Elle est aussi à deux liquides, eau accidulée d'acide sulfurique et acide nitrique Fumant, placés, le premier, dans un va»e extérieur en grès vernissé (fig. 79) et, le second, dans un vase intérieur poreux.

L'électrode positive est un prisme en charbon de cornue, plongeant dans l'acide nitrique. L'électrode négative est une couronne de zinc cylindrique. On a, comme dans la pile Daniell, la réaction

Zn + HO + SO' H = Zn 0, SO* H + H ;

L'hydrogène, ainsi mis en liberté, réduit l'acide nitrique qui constitue le dépolarisant; delà, production de divers composés nitreux moins oxygénés, qui se dissolvent ou se dégagent.

La force électromotrice de cette pile diminue rapidement ; les vapeurs nitreuses qui s'en dégagent ont une odeur désagréable.

La pile Bunsen est néanmoins très employée dans les labora-

toires, pour obtenir pendant quelques heures des courants assez

intenses.

149. Files Poggendorff et Grenet> — M. PoggendoriT a eu l'idée de remplacer l'acide nitrique par l'acide chromique ; mais comme il était difficile de se procurer cet acide à l'étal libre, on a eu recours à on mélanjçe de bichromate de potasse et d'acide sulfurique, lequel peut déjjager de l'oxygène en vertu de la réaction suivante

KO, 2 Cr 0' + 4 SO' = KO, SC + Cr» 0', 3 SO» + 0'.

Dans ces conditions il n'est pas nécessaire d'établir une séparation entre l'eau acidulée et le mélange d'acide sulfurique et de , bichromate ; on a ainsi un seul li-

quide dans lequel plongent les deux électrodes cbarbon et zinc amalgamé.

La force électromotrice d'un élément est de â""', 06.

M. Grenetadonnéà cette pile la forme d'une bouteille sphérlque (Gg. 80). L'électrode positive se compose de deux lames de charbon ; l'électrode négative, composée d'une seule lame de zinc amalgamée, est portée par une tige munie d'une glissière, de manière que l'on puisse la retirer du liquide, pour éviter son usure, lorsque l'on ne fait pas usage de la pile. Cette pile présente peu de résistance et ne dégage aucune odeur, mais son énei^ie baisse rapidement.

150. Pile Leclancbé. — Le corps oxydé que l'on fait réduire par l'hydrogène est un sel (sulfate de cuivre) dans les piles Daniell et une acide (nitrique ou chromique) dans les piles Bunsen et Poggendorf. Dans la pile Leclancbé on emploie un oxyde solide, le bioxyde de manganèse Mn O* ; l'eau acidulée d'acide sulfurique est, d'ailleurs, remplacée par une solution aqueuse de chlorhydrate d'ammoniaque Az H*Cl. De même que dans les piles Bunsen,

l'électrode positive est en charbon et l'électrode négative en zinc amalgamé.

Les réactions paraissent être celles qu'indiquent les formules suivantes :

Aï H' C; + Zn = Aï H' + Zn C( + H

2 Mn 0* = Mn' 0' + 0