Fiche de l enseignant e 3

L’énergie est en toi (pages 6 et 7 de la brochure « Toi et l’énergie »)
Produire de l’électricité
Une idée relativement simple…
En bougeant un aimant devant une bobine de fil en cuivre, on génère un courant électrique dans
celle-ci : c’est le phénomène de l’induction. Pour produire de l’électricité, il « suffit » donc de
mettre un aimant en mouvement par rapport à une bobibe de fil électrique. Toutefois, on s’en
doute, la réalisation technique requiert un grand savoir-faire pour optimiser la production.
Mais il n’en demeure pas moins vrai que le principe de base repose sur une idée simple.
Pour mettre en mouvement un aimant relativement à une bobine, on pourrait imaginer le
remuer à la main devant la bobine. Cette solution serait vite fatigante et se révèle peu efficace !
Toutefois, c’est ce principe qui est mis à l’œuvre dans la dynamo (on devrait dire alternateur) du
vélo : en pédalant, on met en mouvement la roue du vélo, qui entraîne le galet fixé sur la dynamo.
A l’intérieur de la dynamo, l’aimant est solidaire du galet. Il est donc entraîné par la rotation du
galet. L’aimant se trouvant à proximité d’une bobine de fil, il y a production d’électricité qui peut
alimenter l’ampoule de la lampe.
De façon plus astucieuse, pour entretenir le mouvement de l’aimant, on peut l’associer à l’axe
d’une turbine qui elle-même est entraînée par une chute d’eau, par le vent, par de la vapeur
(produite en chauffant de l’eau). C’est ce principe qui est utilisé dans les centrales électriques.
Les centrales hydroélectriques utilisent une chute d’eau (au bas d’un barrage, conduite forcée).
Dans les centrales nucléaires, on produit de la vapeur grâce au combusticle nuclaéire. On peut
également produire de la vapeur en chauffant l’eau grâce à du charbon, du pétrole ou du gaz.
Remarque : la production de courant électrique à partir d’une cellule photovoltaïque repose sur
un autre principe : les semi-conducteurs. Ce principe est totalement différent et fait appel à des
propriétés particulières de la matière.
Stocker de l’électricité
Pas si simple…
Si le principe de production de l’électricité est relativement simple, il est plus compliqué de
trouver des moyens de stocker l’électricité une fois que celle-ci est produite.
En effet, comment « mettre en boîte » l’électricité ?...
C’est la fonction des accus (abréviation familière de « accumulateurs »). Ces appareils doivent
pouvoir stocker l’énergie électrique et être capables de la restituter à la demande. Différentes
méthodes sont utilisées.
Rappelons-nous que l’énergie ne se crée pas spontanément : il y a toujours transformation d’une
forme d’énergie en une autre.
Les accumulateurs électrochimiques transforment l’énergie électrique en énergie chimique.
Lorsqu’on a besoin d’électricité, l’accumulateur électrochimique transforme alors l’énergie
chimique en énergie électrique.
Les applications des accumulateurs chimiques sont omniprésentes : ce sont eux qui opèrent
lorsqu’on recharge nos ordinateurs, nos téléphones portables. On parle alors plus volontiers de
batterie. La batterie d’une automobile est un autre exemple d’accumulateur électrochimique.
Elle fournit de l’électricité aux différents composants électriques de la voiture en transformant
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L’énergie est en toi (pages 6 et 7 de la brochure « Toi et l’énergie »)
l’énergie chimique qu’elle contient sous forme d’énergie électrique. Lorsqu’elle est « à plat », on
peut la recharger à l’aide d’un appareil appelé « chargeur de batterie ». Le courant que l’on
apporte à la batterie sert alors à produire des substances chimiques à l’intérieur de celle-ci, ces
substances pouvant réagir ultérieurement entre elles pour fournir à nouveau de l’énergie
électrique.
Remarque : une pile n’est pas un accumulateur électrochimique. L’appellation « pile
rechargeable » n’est pas correcte car il ne s’agit plus de pile mais d’accumulateur
électrochimique. Une pile ne se recharge pas : c’est un générateur électrochimique (elle ne fait
que transformer de l’énergie chimique en énergie électrique, dans ce sens uniquement).
Il serait même dangereux de vouloir recharger une pile avec un chargeur car il y a risque
d’explosion (production de gaz à l’intérieur de la pile) ! On peut toutefois trouver dans le
commerce un appareil sensé « recharger » des piles alcalines. En fait, il régénère les électrodes
de ces piles, ce qui a pour effet de les faire fonctionner un peu plus longtemps.
On peut trouver également un autre type d’accumulateur : le condensateur.
Le principe est de stocker des charges électriques de signes opposés sur deux armatures. Si on
relie ces deux armatures par un fil conducteur, un courant électrique pourra s’établir et être
utilisé. Les tailles, conceptuions et formes des condensateurs peuvent être très variées.
Transporter de l’électricité
Éviter de perdre de l’énergie électrique…
Le long des lignes électriques, le transport du courant provoque une élévation de température
des câbles. Une partie non négligeable de l’énergie électrique est transformée ainsi en énergie
thermique (ce phénomène s’appelle l’effet Joule, du nom du physicien anglais qui l’a étudié). Or,
ces pertes électriques diminuent si on transporte le courant sous haute tension. Le prix de
construction de telles lignes augmente mais il est rentable de perdre ainsi moins d’énergie
électrique.
A l’aide d’un appareil nommé transformateur, on élève donc la tension à plusieurs centaines de
milliers de volts pour transporter le courant. En arrivant vers les installations domestiques, on
abaisse progressivement, toujours à l’aide de transformateurs (mais fonctionnant en mode
inverse) la tension à 230 volts. C’est la tension que l’on retrouve dans nos prises électriques à la
maison.
La pile de Volta
Une expérience historique…
En 1800, le physicien italien Alessandro Volta mit au point un système
révolutionnaire permettant de générer de l’électricité. Il eut l’idée d’empiler
alternativement des disques de deux types de métaux différents : du zinc et du
cuivre. Pour assurer une conduction électrique, il intercala des disques de carton
imbibés d’eau salée.
Pour Volta, il s’agissait de montrer que l’électricité n’avait pas une origine animale,
comme pouvait le laisser croire l’expérience réalisée par son compatriote Luigi
Galvani une vingtaine d’années plus tôt. En effet, Galvani avait remarqué que
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lorsqu’on touchait les extrémités d’une cuisse de grenouille avec deux métaux différents, il y
avait une contraction très nette des muscles de la cuisse de l’animal.
Pour Galvani, il existait une électricité d’origine animale qui permettait ces contractions.
Volta eut plutôt la conviction que l’origine de l’électricité venait des deux types de métaux
utilisés. Sa mise au point expérimentale de la pile a permis de montrer effectivement que c’était
le cas, et qu’il n’y avait donc pas d’électricité animale.
L’expérience
Que se passe-t-il ?
Les petits morceaux de papier sont attirés par la
règle.
Explication : lorsqu’on frotte la règle en plastique
contre la laine, des charges électriques négatives
(électrons) sont arrachées à la laine. Ces charges
négatives se retrouvent en excès sur la partie de la
règle qui a été frottée. Quand on approche la règle
des petits morceaux en papier, les charges
négatives contenues dans le papier (des électrons,
qui sont mobiles) sont repoussées et il apparaît
donc une partie positive à leur place (car cette
charge située dans le noyau des atomes, ne bouge
pas). Les charges + et – en regard s’attirent et le
morceau de papier vient se coller à la règle.
- - -++ ++
- - --
Qu’observes-tu ?
Le filet d’eau est attiré vers la règle.
Explication : il peut paraître étonnant que l’eau, qui est électriquement neutre (on ne prend pas
une décharge électrique en plongeant son doigt dans un verre…) puisse être attirée par la règle
qui est chargée négativement.
En fait, la molécule d’eau présente un côté positif et un côté négatif (on dit que la molécule d’eau
est polarisée). Globalement, cette charge positive et cette charge négative se compensent,
assurant la neutralité électrique.
Quand on approche la règle du filet d’eau, c’est la partie positive des molécules d’eau qui est
attirée vers la règle chargée négativement. Il y a donc attraction entre ces charges électriques de
signes contraires, ce qui explique la déviation du filet d’eau.
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