Pile, batterie et accumulateur

Texte à lire avec l'activité « Pile, batterie et accumulateur » du module intitulé Les composantes d'un circuit.

Comment distingue-t-on une pile d'une batterie ou d'un accumulateur ? Pourquoi dit-on dit-on "utilisez une piles de 1,5 V" ? Qu'est-ce qui différencie une pile de 1,05 V de format AAA d'une pile de format D ? Cela fait beaucoup de questions lié à l'élément le plus important d'un circuit, soit sa source d'énergie électrique.

Le format des piles de 1,5 V

Les piles de format AAA sont très petites(10 mm x 42 mm) alors qu'une pile de format AA est environ deux fois plus volumineuse ( 14 mm x 50 mm); Une pile de format C et une pile de format D sont respectivement 7 fois et 14 fois plus volumineuse que celle de format AAA. Normalement, les piles D contiennenet une réserve d'énergie électrique supérieure à celles de format AAA, mais elles demeurent plus encombrantes.

Outre le format de la pile, il y a aussi sa force électromotrice; on dira de certaines piles quelles sont de 1,5 V, de 9 V ou de 12 V. L’équation ɛ = 1,5 V se lit : « La f.é.m. égale 1,5 volt ». Connaître la f.é.m. et le format de la pile est un point de départ, mais qu'est-ce qu'une pile, une batterie ou un accumulateur ?

Les piles

Les piles ordinaires, à haut rendement et alcalines, les piles rechargeables, les batteries et les accumulateurs des automobiles sont des sources d’électricité bien connues, mais leur fonctionnement l’est généralement moins.


Fonctionnement des piles

a) Pile humide : le mouvement des charges dans l’électrolyte illustre la réaction chimique à l’intérieur de la pile qui est à l’origine du courant électrique.

b) Pile sèche : l’électrolyte en pâte remplace le liquide de la pile humide. La tige centrale correspond à l’anode et le boîtier de la pile sert de cathode.

La pile la plus simple comprend deux tiges faites de métaux différents, les électrodes, qui baignent dans une solution appelée électrolyte. Lorsqu’on relie les fils et l’ampoule aux électrodes, le circuit est fermé, le courant circule et la lampe s’allume. L’électrolyte à l’intérieur de la pile provoque une réaction chimique avec les deux électrodes, et cette action engendre un courant électrique dans les conducteurs et l’ampoule. La f.é.m. produite (le nombre de volts) dépend des métaux dont sont composés les deux électrodes et de la nature de l’électrolyte.

Le choix d’une pile ou d’une batterie dépend de l’usage qu’on veut en faire. Il semble qu’en général, un prix élevé soit un gage de durabilité.


Les batteries

Les piles offrent généralement une f.é.m. assez faible, environ 1,5 V. Pour obtenir plus de puissance, on les regroupe pour former des batteries. Dans le langage courant, on emploie souvent indifféremment les mots « pile » et « batterie ». Ces deux mots n’ont pourtant pas le même sens. Une batterie est un ensemble de piles (ou cellules). Par exemple, une lampe de poche est alimentée par une batterie de deux ou plusieurs piles. La borne positive de la première est reliée à la borne négative de la deuxième et ainsi de suite. On trouve parfois plusieurs piles à l’intérieur d’un même boîtier. C’est le cas des batteries de 6 V, de 9 V et des accumulateurs des automobiles.


Les batteries et les accumulateurs

On appelle « accumulateur » une pile ou une batterie rechargeable. Les piles au plomb et celles au nickel-cadmium (Ni-Cd) constituent les deux principaux types de piles rechargeables. Les premières sont moins chères, mais exigent plus d’entretien que les secondes. Celles-ci trouvent leur application lorsque de grandes puissances sont nécessaires pendant de courtes périodes ou dans des endroits où l’entretien est difficile. On utilise également les piles Ni-Cd dans des installations stationnaires parce qu’on peut les charger et les décharger des milliers de fois. Par exemple, l’aéroport Sturup à Malmö, en Suède, est équipé d’une batterie composée de trois groupes de 328 piles au nickel-cadmium. En cas de panne, la batterie assure la continuité du service, le temps de mettre en marche les génératrices d’urgence.

À une plus petite échelle, on se sert de piles rechargeables pour alimenter des jouets ou des baladeurs, car on les utilise souvent et longtemps. Bien qu'elles soient plus chères que les piles ordinaires ou alcalines, leur coût d’achat est absorbé à long terme. Par contre, elles se déchargent plus rapidement que les piles alcalines lorsqu’elles restent inutilisées. Aussi, on leur préférera les piles alcalines pour un détecteur de fumée ou le flash d’un appareil photo, car, puisqu'on les utilise peu, ces derniers exigent chaque fois des piles en bon état.

Les batteries des automobiles et des voitures électriques sont des accumulateurs au plomb. La batterie d’une automobile est composée d’une série de six piles humides de 2 V dont l’électrolyte est une solution d’acide sulfurique. Dans le langage courant, on appelle souvent « cellules » les piles humides qui composent la batterie d’une automobile.

© SOFAD 2008

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