Fabriquons une pile

Aujourd’hui, nous te proposons deux nouvelles expériences pour créer toi-même une pile qui te permettra d’alimenter une petite diode ou une montre à affichage digital.

Note préalable : nous te conseillons de bien te laver les mains après chaque expérience.

Les expériences

Tu auras besoin de quelques pièces de monnaie, d’un fil de cuivre, d’un fil de zinc ou d’un trombone, d’un peu de papier aluminium, de coton à démaquiller et de vinaigre.

Expérience N°1 : avec du fil de cuivre, fil de zinc et un trombone.

En fait, tu vas reprendre l’expérience que nous avions faite la semaine dernière : un fil de zinc et un trombone plongés dans un récipient rempli de vinaigre.

Il te suffit maintenant d’y placer un morceau de fil de cuivre (c’est un fil électrique dont tu auras ôté la gaine en plastique). Arrange-toi pour accrocher le cuivre sur le rebord de ton récipient, en lui donnant par exemple une forme en crochet, et laisser tremper l’autre extrémité dans la solution (sans toucher les autres objets).

Voici ce que tu devrais observer au bout de quelques heures.

Tu constates que le trombone et le fil de zinc changent rapidement de couleur et se recouvrent d’une pellicule orangée de même couleur que celle du fil de cuivre. Tu peux même observer un dépôt solide formé de petits grains entre le fil de cuivre et de zinc.

Si tu regardes de plus près le fil de cuivre, l’extrémité qui n’est pas dans la solution a également changé de couleur et est devenue vert-bleu.
Enfin, tu pourras constater qu’il n’y a pratiquement plus de bulles qui se dégagent du trombone.

Que s’est-il passé ?

Tu as  réalisé ce qu’on appelle un « cuivrage » de ton trombone et du fil de zinc. C’est-à-dire que des atomes de cuivre se sont déposés en une fine pellicule sur les objets en zinc (ce qui finit par les isoler de la solution acide, les bulles ne se dégagent plus).
Par contre, on ne voit pas de zinc déposé sur le fil de cuivre. Il y a donc un sens bien particulier dans les réactions qui se déroulent.

Comme nous l’avons expliqué la semaine dernière (voir ici), certains matériaux résistent plus ou moins bien à la corrosion : c’était facile pour le zinc et le fer de laisser partir des électrons  en réagissant avec l’acidité du milieu (dégagement rapides de bulles d’hydrogène) et plus difficile pour le cuivre (il a fini après plusieurs jours par laisser filer quelques électrons, et donner des ions cuivre bleutés et du vert de gris*).

En attendant plusieurs heures, dans cette nouvelle expérience, du vert de gris est apparu  sur le cuivre (visible sur l’extrémité laissée à l’air) et des ions cuivre sont libérés dans la solution (peu visibles mais néanmoins présents) et cherchent désespérément à retrouver des électrons perdus.
Le zinc cède quant à lui, très facilement ses électrons. Ces deux éléments vont donc se compléter : les ions cuivre récupèrent sur la surface du zinc les électrons qui lui manquent ; cette recombinaison conduit le cuivre (sous forme d’ions) à retrouver son statut de métal qui recouvre progressivement la surface du trombone et du fil.

Il y a donc eu un échange d’électrons entre les deux matériaux. Le sens de cet échange (c’est le zinc qui donne des électrons au cuivre et non l’inverse) s’explique par le fait que ces deux matériaux différents n’ont pas la même facilité à perdre ou à gagner des électrons.
Celui qui cède facilement des électrons est dit « réducteur », celui qui en capte facilement est dit « oxydant ». Une réaction comme celle-ci dans laquelle il y a un transfert d’électrons est une réaction d’oxydoréduction.
On classe ainsi les matériaux selon leur faculté à capter des électrons d’autres corps.

Maintenant, ce qui serait vraiment très utile, ce serait de pouvoir utiliser le mouvement des électrons pour alimenter un récepteur, une ampoule par exemple !

* Le vert de gris est utilisé comme pigment pour sa couleur bleue-verte et dès l’antiquité, on le fabriquait en provoquant la corrosion du cuivre par des émanations de vinaigre.

Expérience N°2 : avec des pièces de monnaie cuivrées, du papier aluminium et du coton à démaquiller (ou feuille épaisse de buvard) imbibé de vinaigre (sans le tremper) .

Choisis également des récepteurs qui nécessitent peu de courant comme une petite diode, une petite horloge numérique (LCD) ou simplement un ampèremètre (un appareil qui mesure l’intensité d’un courant)

Prépare 4 ou 5 pièces de monnaie. Découpe dans le coton et le papier aluminium des disques de même taille que tes pièces de monnaie.

Puis tu vas empiler ces disques (faire une pile) : pièce,  coton, papier alu., pièce,  coton, papier alu., …

Tu peux essayer de coincer le tout grâce à une pince à linge.
Tu prends ensuite ton récepteur : un fil de part et d’autre de « ta pile ».
Tu observes normalement ceci.

La diode s’allume ou la petite montre se met à fonctionner (tu peux aussi visualiser le passage du courant avec un ampèremètre).

Que s’est-il passé ?
Ta « pile » (au sens géométrique du terme) est bel et bien une « pile  » au sens électrique du terme. Une circulation d’électrons s’est établie entre les différents matériaux.
C’est l’aluminium qui cède le plus facilement des électrons, captés par le cuivre. La migration des électrons (donc le passage du courant) est rendue possible par la présence du coton imbibé de vinaigre.

La pile que tu as réalisée est identique à celle mise au point par Alessandro Volta (1745-1827) qui a révolutionné les connaissances dans le domaine de l’électricité.

Pour en savoir plus
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_d’oxydor%C3%A9duction
http://fr.wikipedia.org/wiki/Vert-de-gris
http://fr.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A9lectrique

Auteur : Pascale Baugé – Le Monde et Nous
Illustrations : Stefcomics