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Sommaire
Séquence 6Les piles électriques et l’énergie chimique
Séance 1 Comment Volta a-t-il inventé la première pile électrique ?
Séance 2 Fabriquons et utilisons une pile de Volta1– Fabriquonslapile2– Utilisonslapile3– Amélioronslapile
Séance 3 D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?1– Comparonsunepileneuveetunepileusagée2– D’oùprovientl’énergieélectriquefournieparunepile?3– Laréactionchimiquedansunepileproduit-elled’autresformesd’énergie quedel’énergieélectrique?
Séance 4 Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs que l’on trouve dans le commerce ? (première partie)
1– Despilesdedifférentesformesetdedifférentestailles2– Despilesdedifférentestechnologies
Séance 5 Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs que l’on trouve dans le commerce ? (deuxième partie)
1– Unautretypedepiles:les«pilesàcombustible»2– Lerecyclagedespilesetdesaccumulateurs
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Séance 1Comment Volta a-t-il inventé la première pile électrique ?
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjà
Danslecommerce,ilexistedifférentstypesdepiles:alcalines,salines...etilyadespilesdetoutesformesetdetoutestailles(Fig.61.1).
Fig. f61.1
Différents types de piles
Enclassedequatrième,tuasapprislenomdel’inventeurdelapileélectrique:Alessandro Volta.
ce que je vais apprendre dans cette séance
CommentVoltaa-t-ilinventélapileélectrique?À-t-iltravaillétoutseul?Etpourquoilemot«pile»a-t-ilétédonnéàcetteinvention?
Danscetteséance,tuvasdécouvrirlesréponsesàcesquestions,etàquelquesautresconcernantl’inventiondelapileélectrique.
Séquence 6séance1—
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B Je découvre
Étude de document
Lis attentivement les trois documents qui suivent et réponds aux questions de l’exercice 1 ci-après.
L’invention de la pile électrique
Document 1 : Avant la pile
Bienavantl’inventiondelapileélectrique,ilexistaitdéjàdesmachinescapablesdeproduiredesétincellesetd’électriserlescorps.
Cesmachinesétaientappelées«machinesélectrostatiques»,etl’uned’entreellesestreprésentéesurlafiguref61.2.
Fig. f61.2
Une machine électrostatique
Lamanivelle(1)faittournerlaroue(2),quientraînelabouledeverre(3).Cettedernière,enfrottantsurlecuir(4),secharged’électricitéstatique.Lapièce(6)sechargeàsontour,puislorsqueassezd’électricitéestaccumulée,uneétincellejaillitetlamachinesedéchargebrutalement.
Uneétincelle,c’estuncourantélectriquequijaillitpendantuntempstrès bref.Cequevoulaientmaintenantobtenirlesphysiciens,c’étaituncourant électrique de longue durée.
Séquence 6 —séance1
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Document 2 : Les travaux de Galvani
AlessandroVoltan’auraitpaspuinventerlapileélectrique,àlafinduXVIIIesiècle,sanslestravauxd’unautresavantitalien,LuigiGalvani.
Cedernierestprofesseurd’anatomie:sontravailconsisteàobserveretàdessinerlesorganesdesêtresvivants.Parexempledesgrenouilles;etc’estjustemententravaillantsurlesbatraciensqu’ilremarque,en1786,unphénomènefortcurieux(figuref61.3):sil’ontouchelemuscledelacuisseàunendroitavecunetigedecuivre(1),etàunautreendroitavecunetigedefer(2),lemusclesecontractebrutalement.
Fig. f61.3
L’expérience de Galvani
Galvanienconclutquelesmusclesdesgrenouillescontiennentdel’électricité,qu’ilappelle«électricitéanimale».
Document 3 : L’invention de Volta
AlessandroVoltaestprofesseurdephysique,ettravaillenotammentsurlamesuredel’électricité.En1792,ils’intéresseauxexpériencesdeGalvani.Ilconstatequelephénomènen’estpaslimitéauxgrenouilles:parexemple,sil’ontoucheledessusetledessousdesaproprelangueaveclestigesdeferetdecuivre,onressentunpicotementetungoûtacide!Etilconclut:l’électricitén’estcrééeniparlemuscledelagrenouilleniparlalanguedel’êtrehumain,maisparlecuivreetlefer,àconditiontoutefoisquecesdeuxmétauxsoientreliésparunmilieuhumide(unmuscle,lalangue...),etdoncconducteur.
Séquence 6séance1—
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Voltadécidealorsdeconstruireungénérateurd’électricitéaumoyendedeuxplaquesmétalliquesséparéesparuncartond’eausalée.Commeleferprésentel’inconvénientderouiller,ilessaied’autresmétaux.Finalement,ildécided’utiliseruneplaquedecuivreetuneplaquedezinc.Etilluivientalorsuneidée:pouraugmenterlatensiondugénérateur,pourquoinepasessayerdeplacerplusieursalternances[cuivre/carton/zinc]lesunesàlasuitedesautres?L’essais’avèreconcluant,eten1800,Voltaconstruit(figuref61.4)unempilementderondellesdecuivre(1)etdezinc(3),séparéespardescartonsimbibésd’eausalée(2):cetempilementestaussitôtbaptisé«pile»!
Fig. f61.4Une pile de Volta
LapileconstruiteparVoltaesteffectivementcapabledefourniruncourantélectriquedelonguedurée.Lesavantitalienenfaitladémonstrationàl’AcadémiedessciencesdeParis,enprésencedeNapoléon.Voltamontreàcedernierquesil’ontoucheaveclalanguelesdeuxbornesdelapile,onressentunpicotementintense,désagréableetquiduretoutletempsducontact.L’Empereur,trèsimpressionné,luiaccordeunemédailled’oretunesommed’argent,etlenommesénateur.
Exercice 1
Réponds aux questions :
1-Questionsdontlesréponsessontàchercherdansletexteci-dessus:
a)Quelleestlaprincipaledifférenceentreunemachineélectrostatiqueetunepile?
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b)Quelleerreurd’interprétationGalvania-t-ilcommiseenexpliquantlacontractiondumuscledegrenouille?
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Séquence 6 —séance1
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c)Quelleestl’explicationcorrectedelacontractiondumuscledegrenouille,donnéeparVolta?
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d)D’oùvientlemot«pile»?
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e)QuelestlemétalquiconstituelabornepositivedelapiledeVolta?Quelestceluiquiconstituelabornenégative?
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f)Sachantquechaqueélément[cuivre/carton/zinc]délivreunetensionélectriquede0,9volt,quelleestlatensionfournieparlapiledeVoltadessinéedansletexteci-dessus.
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2-Questionsderéflexion,dontlesréponsessontàchercherdansundictionnaireouuneencyclopédie:
a)Lesmachinesélectrostatiquesdontonparleaudébutdutexteproduisentdel’électricitégrâceaufrottement(parexemple,surlafiguref61.2,lefrottementdelabouledeverresurlemorceaudecuir).Citequelquesphénomènesdelaviedetouslesjoursoùunfrottementprovoqueuneaccumulationd’électricitéstatique.
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b)OnditdansletextequeVoltaprésentesapiledevantl’Académiedessciences.Qu’est-cequ’uneAcadémie?
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c)Voltaaurait-ilpuallumerunelampeàfilamentavecsapile(pourrépondre,rechercheladatedecetteinvention,dueàl’AméricainThomasEdison)?
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Séquence 6séance1—
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Séance 2Fabriquons et utilisons une pile de Volta
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjà
Onditqu’unepileestungénérateur électrique,carellefournitdel’énergie électrique,quipermetdefairefonctionnerdifférentsrécepteurs électriques(lampes,moteurs...).
Aufuretàmesurequ’elleaservi,latensiondelapilebaisse:onpeutleconstateraumoyend’unvoltmètre.Auboutd’uncertaintemps,lapileestusée.
ce que je vais apprendre dans cette séance
CommentréaliserunepileinspiréedecelledeVolta?Oùtrouverlesmatériauxnécessaires?Peut-onfairefonctionnerunrécepteurélectriqueavecunetellepile?
Voilàlessujetsquetuvasdécouvrirdanscetteséance.
B Je découvre
Activité expérimentale
Fabriquons la pile
PourréaliserunepiledeVolta,ilfaut:duzinc,ducuivreetunliquide conducteur(doncunliquidecontenantdesions:revoisàcesujetlaséquence4).Onpeuttrouverdesclousenzincdanslesmagasinsdebricolage,etunfilélectriqueestfaitdecuivre.Commeliquideconducteur,onpeutprendrelejusd’uncitron,carcelui-ciestacide:ilcontientdoncdesionshydrogèneH+.
Ilsuffitdoncdeplanterleclouenzincetlefildecuivredanslecitron,etlapileestprête(figuref62.1):
Séquence 6 —séance2
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Séquence 6séance2—
Fig. f62.1Une pile au citron
Utilisons la pileAvec un voltmètreAvecunvoltmètre,nousmesurons(figuref62.2)latensionUdélivréeparcettepile:U≈0,91V.
Fig. f62.2La tension aux bornes de la pile au citron
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Avec une lampe à filament
Cettetensionde0,91Vsembleprometteuse.Maissil’onessaied’alimenterunepetitelampeàfilamentdetensionnominale1,2V,c’estladéception:ellenes’allumepasdutout!Unampèremètreplacédanslecircuit(figuref62.3)nousfournitl’explication:l’intensitédébitéeparunepileaucitronesttrèsfaible,moinsde1mA.
Fig. f62.3Mesure de l’intensité débitée par la pile au citron
Orlesvaleursnominalesinscritessurlalampesont:1,2V–220mA.Celaveutdirequelalampedoitêtreparcourueparuncourantd’intensitévoisinede220mApourbrillercorrectement.Avecmoinsde1mAdébitéparlapileaucitron,onestloinducompte!
Avec une DEL
Ilfautchoisirunrécepteurmoinsgourmandenénergiequ’unelampeàfilament:nouspouvonsdoncessayerd’allumerunepetitediodeélectroluminescente(DEL).Nouvelledéception:toutcommelalampeàfilament,laDELnes’allumepas!
Cerésultats’explique,làencore,sil’onregardelescaractéristiquesnominalesfourniesparleconstructeurdelaDEL:1,6V–20mA(leconstructeurpréciseenoutrequesousunetensionde1,6Vilfautuneintensitéminimalede8mApourquelaDELcommenceàs’allumer).
Améliorons la pile
Exercice 2 Répondsàcettequestionderéflexion:
Onveutmaintenantconstruireunepileutilisantlesmêmesmatièresdebasequecellesdelapileaucitron(ducuivre,duzincetdujus de citron)maiscapable d’allumer une DEL.
Proposedesidéespouressayerd’atteindrel’objectifvisé,etillustretespropositionspardesschémasexplicatifs.N’hésitepasàt’inspirerdestravauxdeVoltaetdesapile(séance1). ......................................................................................................................................
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Séquence 6 —séance2
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Séquence 6séance2—
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Séance 3D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
Unepilefournitdu«courantélectrique»,de«l’énergieélectrique».Danscetteséance,tuvasdécouvrird’oùprovientcetteénergie.
B Je découvre
Activité expérimentale
Comparons une pile neuve et une pile usagée
Retironsleplastiquequientoureunepilecylindriquedetypesaline,touteneuve.Lafiguref63.1montrecequel’onvoit:
Fig. f63.1
Une pile saline neuve
Lemétalgrisquel’onvoitestduzinc.C’estunmétalutiliséégalementdanslapiledeVolta.
Séquence 6 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 163
Maintenant,retironsleplastiquequirecouvreunepilecylindriquesalineusagée.Lafiguref63.2montre,engrosplan,cequel’onvoit:
Fig. f63.2Une pile saline usagée (gros plan)
Onobservequelezincestpiquetéparendroitsd’unesortedepoudreblanche,etqu’ilestpercéd’untrou.
D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?Onvientdevoirquedansunepileusagéelezincesttrèsabîmé.Unesubstanceblanches’estformée:leschimistesontmontréquecettesubstancecontientdesionszinc,deformulechimiqueZn2+.
Ils’estproduitdanslapileuneréaction chimique,aucoursdelaquelledesatomesdezincZnsesonttransformésenionszincZn2+.
Conclusion :
L’énergie électrique libérée par une pile provient d’une réaction chimique entre les matières qui constituent la pile. La consommation des réactifs entraîne l’usure de la pile.
Cebiland’énergieestreprésentéschématiquementsurlafiguref63.3.(Remarque:cebilanestincomplet,ilseraamélioréauparagraphe3).
fig. f63.3Bilan d’énergie d’une pile (bilan incomplet)
Puisque,dansunepile,unepartiedel’énergiechimiquedesréactifsesttransforméeenénergiechimique,onditqu’unepileestun«générateur électrochimique».
Séquence 6séance3—
—©Cned,Physique - Chimie 3e164
Remarques :
- Tuterappellesdesdéfinitionsconcernantuneréactionchimique:les«réactifs»sontlessubstancesquel’onfaitréagir,les«produits»sontlessubstancesquisesontforméeslorsdelaréaction.
- Lezincn’estpaslaseulematièreconsomméedansunepilesaline:ilyaégalementconsommationd’unesubstanceappeléedioxydedemanganèse,etaussid’ionshydrogèneH+.Dansunepileaucitron,ilyaconsommationdezincetd’ionshydrogèneH+ducitron.
Activité expérimentale
La réaction chimique dans une pile produit-elle d’autres formes d’énergie que de l’énergie électrique ?
Expérience
Nousallonsfaireréagir(figuref63.4a)duzincavecunesolutiondesulfatedecuivre.Lezincestenpoudre,etnonenmorceau,defaçonàcequelecontactaveclasolutionsoitmaximal(commepourlaréactionentrelapoudredeferetl’acidechlorhydrique,voirlaséquence5).Onmesurelatempératureduliquideaumoyend’unthermomètre(unbouchonestplacésurlecapteurdetempératureafindebloquerleséchangesdechaleurentreleliquideetl’atmosphère):
fig. f63.4a
La transformation chimique entre du zinc et une solution de sulfate de cuivre
(en début de réaction)
Séquence 6 —séance3
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Observations
Auboutdequelquesminutes,onobserveplusieursphénomènes(figuref63.4b):
1-latempérature s’élèvedeplusieursdegrés,dèsquelapoudredezincestverséedanslasolutiondesulfatedecuivre,
2-surledessusdelapoudredezinc(c’est-à-direaucontactdelasolution),unecouche de couleur rougeâtreseforme;cettecoucherougeatteintassezviteplusieursmillimètresd’épaisseur.
3-lasolutiondesulfatedecuivres’éclaircitnettementparrapportàsacouleurinitiale.
Fig. f63.4b
La transformation chimique entre du zinc et une solution de sulfate de cuivre En cours de réaction
Conclusion
Ils’estproduituneréactionchimiqueentrelezincetlasolutiondesulfatedecuivre,etcetteréactionchimiqueadégagédelachaleur,autrementditde l’énergie thermique.
Dansunepile,ilseproduitlemêmephénomène:laréactionchimiquequisedérouledanslapileproduitnonseulementdel’énergieélectrique,maisaussidel’énergiethermique.
Remarque :
Onpeutdirequel’énergiethermiqueainsiproduiteestdel’énergie«perdue».Eneffet,unepileestutiliséepourdonnerdel’énergieélectrique,paspourfournirdelachaleur!Malheureusementcetteproductiondechaleurestinévitable,etelleestd’autantplusfortequelapiledébiteuncourantdeforteintensité.
Séquence 6séance3—
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• Tudoisêtrecapablededécrireetdeschématiser(figuref63.4ci-dessus)l’expérienceentreunesolutiondesulfatedecuivreetdelapoudredezinc.
• Lesespèces chimiquesprésentesdansunepilecontiennentdel’énergie chimique.Lorsquelapilefonctionne,unepartiedecetteénergieestconvertieenénergie électriqueetenénergie thermique.
• Cebilanestrésumésurlafiguref63.5
fig. f63.5Le bilan complet d’énergie d’une pile
j e retiens
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 3
Coche la case correspondant à la bonne réponse puis vérifie la correction.
Oui Non1- Enversantdelapoudredezincdansunesolution
desulfatedecuivre,lenombred’ionscuivreCu2+augmente-t-il?
® ®
2- Est-cequ’ilseproduituneaugmentationdetempératurelorsquel’onversedelapoudredezincdansunesolutiondesulfatedecuivre?
® ®
3- Unepileélectrochimiques’arrête-t-elledefonctionnerlorsquel’undesréactifsesttotalementconsommé? ® ®
4- L’énergiechimiqued’unepileélectrochimiqueenfonctionnementaugmente-t-elle? ® ®
5- Lesréactifsd’unepileélectrochimiquecontiennent-ilsdel’énergieélectrique? ® ®
Séquence 6 —séance3
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Exercice 4Onverseunesolutiondesulfatedecuivredansdeuxbéchers a et b .
Danslebécher b ,onajoutedelapoudredezinc.
Onrelèvelatempératurequelquesminutesplustarddanslesdeuxbéchers.1-Quereprésenteledépôtrougeaufonddubécher b ?
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2-Lasolutiondanslebécher b s’estdécolorée,pourquoi?
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3-Quelletransformations’est-ilproduitedanslebécher b ?
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4-Lestempératuresdesdeuxbécherssont-ellesidentiques?Pourquoi?
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5-Quelestlerôledubécher a ?
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6-Aucoursdelatransformationchimique,quelleconversiond’énergieaeulieu?
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Exercice 5Voicischématiséestroissituationsprochesdecelleétudiéedanscetteséance.
Pourchacuned’entreelles,commentesilapilepeutfournirunetensionauvoltmètre.
situation a : ......................................................................................................................................
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Séquence 6séance3—
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situation b : ......................................................................................................................................
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situation c : ......................................................................................................................................
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D J’approfondis
Lesinformationsquisuiventnesontpasauprogrammedelaclassede3e.Tun’asdoncpasàlesapprendre.
À propos de la réaction chimique entre le zinc et la solution de sulfate de cuivre :
- lacolorationrougeâtrequiestapparuesurlezincestdueàlaformationdecuivremétallique,
- l’éclaircissementdelasolutionestdûàladisparitiond’ionscuivreII(deformulechimiqueCu2+)quisesonttransformésencuivre(deformuleCu).
- l’équationdelaréactionchimiqueentrelezincetlasolutiondesulfatedecuivreest:
Zn+Cu2+ Zn2++Cu
Séquence 6 —séance3
©Cned,Physique - Chimie 3e— 169
Séance 4Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs
que l’on trouve dans le commerce ? (première partie)
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
je sais déjàTulesais,ilexistedanslecommercedespilesdetoutesformesetdetoutestailles.
Tusaisaussiqu’ilexistedifférentestechnologies:pilessalines,pilesalcalines...
Ilexisteaussidespilesdites«rechargeables»:cetteexpressionn’estpasscientifiquementcorrecte,ilfautlesappelerdes«accumulateurs».
Les«batteries»(devoiture,decaméscope...)sontdestypesparticuliersd’accumulateurs;souvent,danslaviecourante,onemploielemot«batterie»commesynonyme«d’accumulateur».
Enfin,tusaisqu’ilnefautpasjeterlespilesetaccumulateursdanslapoubelleordinaire:onlesrécupère,envuedelesrecycler.
ce que je vais apprendre dans cette séanceDanscetteséanceetdanslasuivante,tuvasapprofondirtesconnaissancesconcernantlespilesetaccumulateursducommerce.
B Je découvre
Étude de document n° 1
Des piles de différentes formes et de différentes tailles
Exercice 6 Réponds aux questions suivantes :
1-Réflexion.Quelest,àtonavis,l’intérêtdedisposerdepilesdetoutesformesetdetoutestailles?
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2- SituasunaccèsàInternet,cherchequelestl’avantagequelespilesalcalinesontsurlespilessalines?Sinonregardelecorrigé.
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Séquence 6séance4—
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3-Recherchederenseignementssurdifférentespilesducommerce:
Nom commercial ou commun
Autre nom commercial Tension (V) Forme Dimensions
(mm)
Un exemple d’appareil utilisant ce
type de piles
AAA LR3
AA LR6
C LR14
D LR20
9volts 6LR61
plate4,5volts 3LR12
4-Recherchederenseignementssurlespiles«boutons»:
Trouvedeuxmodèlesdepiles«boutons»etremplisletableau:
Nom commercial ou commun
Tension (V) Forme Dimensions (mm)
Appareils utilisant ce type
de piles
bouton
bouton
En résumé, lis le paragraphe « je retiens » qui se trouve après l’étude du document 2 suivant.
Séquence 6 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 171
Étude de document n° 2
Des piles de différentes technologiesQu’y a-t-il à l’intérieur d’une pile cylindrique saline ?
Exercice 7Étudieledocumentsuivant«Àl’intérieurd’unepilecylindriquesaline»puisfaislacomparaisonentrelapileaucitronetlapilecylindriquesalinedeLeclanché,etrempliscetableau:
matière active constituant la borne
positive
matière active constituant la borne
négative
solution aqueuse ionique
pileaucitron
piledeLeclanché
À l’intérieur d’une pile cylindrique saline
Lafiguref64.1représente,encoupe,lesconstituantsessentielsd’unepilecylindriquesaline:
Fig. f64.1Vue en coupe d’une pile cylindrique saline
Enallantdel’intérieurversl’extérieur,ontrouvedanscettepile:- latigecentraleencarbone(noire),- unmélangenoirâtredepoudredecarboneetdedioxydedemanganèse,- unesolutionioniquegélifiéetransparente(appeléeaussi«électrolyte»),- lecylindreextérieurenzinc,gris.
Séquence 6séance4—
—©Cned,Physique - Chimie 3e172
Les«substancesactives»,cellesquiproduisentl’énergieélectriquelorsqu’ellessetransformentchimiquement,sont:ledioxydedemanganèse,etlezinc.
Latigecentraleencarboneneréagitpaschimiquement:elleestjustelàpourconduirelesélectrons.Ilenestdemêmedelapoudredecarbonequiestmélangéeaudioxydedemanganèse.Quantàlasolutionionique(dontonavu,àproposdelapiledeVolta,qu’elleestindispensabledanstoutepile),elleestgélifiéepournepascouler.
CettepileaétéinventéeparleFrançaisGeorgesLeclanchéen1866.
Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une pile cylindrique alcaline ?
Exercice 8
Recherchedansundictionnaireouuneencyclopédie:
L’électrolyte(c’est-à-direlasolutionionique)d’unepilealcalineest«alcalin».Queveutdirecetadjectif?
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•L’intérêtmajeurdespilesestqu’ellespermettentd’alimenterdesappareilsélectriques,sansavoiràlesbrancheràlaprise.Ainsicesappareilssont«autonomes»:onpeutlesdéplacerlibrement.
• Ilexistedespilesdedifférentesformes:cylindrique,plate,rectangulaire,bouton.Deplus,ellesexistentendifférentestailles.Ainsi,onpeutalimenterdesappareilsquieux-mêmessontdeformesetdetaillesdiversesetvariées.
•Laprincipalecaractéristiqued’unepile,c’estsatension électrique.Celle-cin’estpasliéeàlaformeouàlatailledelapile:ainsiilexistedegrossespilescylindriquesdontlatensionvautseulement1,5V,alorsquecertainespilesboutonontunetensionde3V.
j e retiens
C Je vérifie mes connaissances
Exercice 9
Onavuqu’ilexistedespilesalcalinesetdespilessalines.
Onatestélesduréesd’utilisationdecesdeuxtypesdepilesenlesconnectantàdeuxlampesidentiques,c’est-à-direprésentantlesmêmesconditionsnominales.
Aucoursdeleurfonctionnement,lestensionsauxbornesdecespilesontétérelevéesetrassembléessurlemêmegraphique(figuree64.3a).
Séquence 6 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 173
Fig. e64.3a
Tensions aux bornes d’une pile alcaline et d’une pile saline en fonction de leur durée d’utilisation
1-Quevalentlestensionsauxbornesdechaquepileendébutd’expérience?
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2-Quelleestladuréed’utilisationdelapliesalinequandsatensionvaut1,1V?
......................................................................................................................................
3-Quevautlatensionauxbornesdelapilealcalinequandelleaétéutilisée500heures.
......................................................................................................................................
4-Leslampess’allumentsileurstensionsrestentsupérieuresà1V.Pendantcombiendetempschaquelampeseraenmesuredebriller?
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
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Séquence 6séance4—
—©Cned,Physique - Chimie 3e174
D J’approfondis
Les accumulateurs
je sais déjàTuasvudanslaséance3cettepropriététrèsimportante:
L’énergieélectriquelibéréeparunepileprovientd’uneréactionchimiqueentrelesmatièresquiconstituentlapile.
Commetouteslesréactionschimiques,nouspouvonsécrirecellequiseproduitdansunepilesouslaforme:
La différence entre une pile et un accumulateur
Dansunepile(nonrechargeable)laréactionchimiquenepeutseproduirequedansunseulsens:
Lorsquecetteréactionchimiqueseproduit,del’énergieélectriqueestlibérée,etlapilese décharge.Quandtouslesréactifssonttransformésenproduits,lapileestusée.Iln’estpaspossibledelarecharger,cariln’existeaucunetechniquesimplepermettantde«régénérer»,autrementditdereconstituerlesréactifs.
Dansunaccumulateur(rechargeable),leschosessontdifférentes:ilestpossiblederéaliserlaréactionchimiqueinverse(2surlafigureci-dessous),enenvoyantducourantélectriquedansl’accumulateur,aumoyend’un«chargeur»:
Lorsquelaréactionsedérouledanslesens2,onditquel’accumulateurse recharge.
Bilans d’énergie pour une batterie
Lebiland’énergied’unebatterie,lorsdeladécharge,estexactementlemêmequeceluid’unepilenonrechargeable(figuref64.2):
Fig. f64.2Le bilan d’énergie lors de la décharge d’une batterie
Séquence 6 —séance4
©Cned,Physique - Chimie 3e— 175
Lebiland’énergielorsdelarecharges’écrit(figuref64.3):
Fig. f64.3Le bilan d’énergie lors de la recharge d’une batterie
Ainsiquel’indiquelafiguref64.3,quandonrechargelabatterie,ilyaégalementproductiond’énergiethermique,commependantladécharge.C’estfacileàconstaterenmettantlamainsurunebatterieencoursderecharge:elleesttiède.
Séquence 6séance4—
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Séance 5Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs
que l’on trouve dans le commerce ? (deuxième partie)
A Que vais-je apprendre dans cette séance ?
Danscetteséance,pourcommencer,tuvasapprendrecequ’estunepileàcombustible,sesavantagesetsesinconvénients.
Ensuite,tuaborderaslerecyclagedespilesetdesaccumulateurs.
B Je découvre
Étude de document n° 1
Lis attentivement le texte ci-dessous, puis fais l’exercice.
Un autre type de piles : les « piles à combustible »
Les piles à combustible
• Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?
Toutcommeunepileclassique,unepileàcombustibleproduitdel’énergieélectriqueàpartirdel’énergiechimiquedesréactifsqu’elleconsomme.
Maisdansunepileclassique,lesréactifssetrouventàl’intérieurmêmedelapile,tandisquedansunepileàcombustiblelesréactifssont stockés à l’extérieur,etonlesfaitentreraufuretàmesuredesbesoinsdeproductiond’énergieélectrique.
• Un exemple de pile à combustible : la « pile H2 – O2 »
Lapileàcombustiblelaplusutiliséeestcellequiutilisecommeréactifsdeuxgaz:ledihydrogèneetledioxygène.LaformulechimiquedudihydrogèneétantH2etcelledudioxygèneétantO2,cettepileestappelée«pileH2–O2».
Latransformationchimiquequiseproduitdanslapile,etquilibèrel’énergieélectrique,est:
dihydrogène+dioxygène eau
La«pileH2–O2»aétédéveloppée,etesttoujoursutilisée,pourlesvolsspatiaux.Onétudiemaintenantlapossibilitéd’alimenterégalementdesvoituresetautresvéhiculesélectriquesterrestres.
• Avantages et inconvénients de la « pile H2 – O2 »
Avantages :
- LespilesH2–O2nedégagentquedel’eau,doncaucunproduitpolluant,nidedioxydedecarbone(impliquédansleréchauffementclimatique).
- Undescombustiblesestledioxygène,qu’ilestassezfaciled’extrairedel’air(tutesouviensquel’airestconstituéde78%dediazoteetde21%dedioxygène).
Séquence 6 —séance5
©Cned,Physique - Chimie 3e— 177
Inconvénients :
- L’autrecombustibleestledihydrogène.Onpeutl’obtenirassezfacilement,enfaisantpasserducourantélectriquedansl’eau(tuleverrasdanslaséquence7,séance4),maiscelacoûtecherenénergie.
- Latransformationchimiquequiseproduitdanslapile(dihydrogène+dioxygène eau)nécessite,pourbiensefaire,laprésenced’unesubstanceappelée«platine»,quiestextrêmementchère.
Exercice 10 1-Quelleestladifférenceprincipaleentreunepileàcombustibleetunepileclassique?
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2-Quelleestlatransformationchimiquequiseproduitdansunepileàcombustible«H2–O2»?
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3-Citeunavantageetdeuxinconvénientsdelapile«H2–O2».
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Étude de document n° 2
Lis attentivement le texte ci-dessous, puis fais l’exercice.
Le recyclage des piles et des accumulateursParmitouslestypesdepilesetaccumulateursexistantdanslecommerce,beaucoupcontiennentdessubstancesdangereuses:parexempleducadmium(trèstoxique),dumercure(trèstoxique),dulithium(inflammable,corrosif),del’acidesulfurique(corrosif),duchlorured’ammonium(nocif),dudioxydedemanganèse(nocif),duchloruredezinc(corrosif),etc.
Ilestévidemmentinterditd’abandonnerouderejeterdanslemilieunatureldespilesoudesaccumulateurs,oudesappareilsencontenantcar,avecleruissellementdeseauxdepluie,cessubstancestoxiquesserépandraientdansl’environnement,etnotammentdanslesnappesphréatiques.
Ilnefautpasnonpluslesmettredansunepoubelleordinaire.Eneffetunepartiedesdéchetsordinairesfinitdansunedécharge,confrontéeauproblèmedeseauxdepluie.Etlerestefinitdansunincinérateur:orlacombustiondespilesetaccumulateursproduitdesmatièresnouvelles,parfoistrèstoxiques,quel’onretrouveradanslescendreslourdes(appelés«mâchefers»)ainsiquedanslescendreslégères,etdanslesgaz.
Quedoitfairealorschaquecitoyendespilesetaccumulateursusagés?C’estfacile:ilfautlesdéposerdansdesbacsdecollectequileursontréservés,etquel’ontrouvefacilement.Eneffet,enFrance,ledécret99-374du12mai1999imposelareprisegratuitedespilesetaccumulateursparlesmagasinsquienvendent(grandessurfaces,supérettes,magasinsaudio-photo-vidéo,bijoutiers,etc.).Onpeutaussilesdéposerdanslesdéchèteries.Quantauxbatteriesdevoitures(quisontdesaccumulateurs),lesgaragisteslesreprennent.
Séquence 6séance5—
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Unefoiscollectés,lespilesetaccumulateurssontenvoyésdansdescentresdetri.Là,onlesclassepartype(pilesalcalines,salines,àl’oxyded’argent,aulithium...accumulateursauplomb,aucadmium-nickel,aunickel-métal-hydrure,aulithium-ion...).
Ensuite,lespilesetaccumulateurssontenvoyésdansdescentresdetraitement,oùilssontbroyéspuissubissent,selonleurtype,untraitementchimiqueouthermiqueapproprié.L’objectifestderécupérerdessubstanceschimiquessuffisammentpurespourpouvoirlesréutiliser,notammentpourrefairedenouvellespilesetaccumulateurs.
Exercice 11 1-Quedoitfairechaquecitoyend’unepileoud’unaccumulateurusagé?
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2-Pourquoinefaut-ilpasincinérerlespilesouaccumulateurs?
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3-Quellessontlesdeuxétapesdurecyclagedespilesetaccumulateurs?
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Séquence 6 —séance5