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23 les piles
Plan détaillé
Alexandre Volta
A – principe des piles
Les piles sont des chaines conductrices dissymétriques
contenant au moins un électrolyte.
1 1 – la pile de Volta
a – Constitution et f.é.m.
b – Théorie
c – La polarisation de la pile
2 2 – les piles usuelles
A – la pile Leclanché
a – Le principe
b – La description
c – Le fonctionnement
d – Les caractéristiques
B – la pile Daniell
a – Le principe
b – La description
c – Le fonctionnement
d – Les caractéristiques
B – association des piles
1 – groupement en série ou en tension
Plusieurs générateurs montés en série (le pôle négatif de chacun étant relié
au pôle positif du précédent) sont équivalents à un
générateur unique admettant comme f.é.m. la somme des
f.é.m. et comme résistance la somme des résistances des
générateurs.
E = nE1
r = nr1

2 – groupement en dérivation ou en
parallèle
Le groupement en parallèle de plusieurs générateurs
identiques (où tous les pôles positifs sont connectés
entre eux) fonctionne comme un générateur unique de
f.é.m. égale à celle d’un générateur, de résistance
intérieure égale au quotient de celle d’un générateur par
le nombre de générateurs formant le groupement.
3 – groupement mixte
La f.é.m. de l’ensemble des séries groupées en
parallèle est celle d’une seule série.
La résistance intérieure du système est égale au
quotient de la résistance d’une série par le nombre de
séries montées en parallèle.
Questions développées
1 – la pile de Volta
a- Constitution et f.é.m.
La pile de Volta est constituée par
une cuve contenant une solution
diluée d’acide sulfurique dans
laquelle plongent une lame de cuivre
et une lame de zinc amalgamée. A
froid et en l’absence de courant
électrique, l’acide n’attaque ni le
cuivre, ni le zinc amalgamé.
Réalisons avec une pile de Volta le
montage représenté par la figure ci-
contre.
E = E1
r =
E = nE1
r =

1o – Fermons l’interrupteur K suivant m p; nous observons :
─ Une déviation de l’aiguille de l’ampèremètre, dont le sens
indique le passage d’un courant qui, à l’extérieur de la pile, va
du cuivre au zinc : le cuivre est donc le pôle (+) et le zinc le pôle
(-).
─ Une diminution rapide de l’intensité de ce courant.
─ Un dégagement d’hydrogène sur la lame de cuivre.
2o – En fermant l’interrupteur K suivant m n, nous branchons un
voltmètre entre les lames de la pile et nous constatons que celui-ci indique
une d.d.p. sensiblement égale à 1 volt.
La f.é.m. de la pile Volta est voisine de 1 volt.
Remarque. – 1) Cette f.é.m. ne dépend ni de la position, ni de l’aire des
électrodes; on vérifie aisément qu’elle ne varie pas si on les rapproches ou si
on les éloigne, si on les soulève ou si on les enfonce.
2) Volta qui, vers 1800, imagina la première
pile, avait empilé successivement des
rondelles de cuivre, de drap imbibé d’eau
acidulée et de zinc, d’où le nom donné à
l’appareil.
b - Théorie
Précisons les réactions chimiques qui accompagnent le passage du courant
dans la pile. Ce sont des réactions d’électrode du même type que celles qui
ont été étudiées à propos de l’électrolyse.
Le courant débité par la pile la traverse et il va du zinc vers le cuivre à
l’intérieur de la pile. Les ions H+ et SO4- - de l’électrolyte assurent le passage
du courant.
● A l’anode, le zinc de l’électrode subit l’oxydation en cédant des électrons à
cette électrode :
Zn  Zn++ + 2e-
● A la cathode, les ions hydrogène H+ de la solution subissent la réduction
en captant des électrons cédés par cette cathode. Ils se transforment en
hydrogène gazeux :
2H+ + 2e-  H2

Globalement, on peut dire que, lorsque la pile débite, il se produit la réaction
chimique suivante :
Zn + 2H+  Zn++ + H2
L’ensemble de ces réactions chimiques libère de l’énergie; c’est là, la source
de l’énergie électrique que la pile fournit au circuit :
Lorsqu’une pile débite un courant, elle est le siège d’un ensemble de
réactions chimiques qui libère de l’énergie. La pile transforme cette énergie
chimique en énergie électrique.
c – La polarisation de la pile
Nous avons observé, l’interrupteur étant suivant m p, que
l’intensité du courant débité par la pile diminue rapidement.
La pile ayant débité pendant un certain temps, si nous
branchons le voltmètre en replaçant K suivant m n, nous
constatons que la f.é.m. de la pile est tombée à une valeur
très inférieure à 1 volt.
─ Secouons la lame de cuivre, ou mieux, frottons-la avec un
pinceau, ou versons un oxydant autour d’elle, pour la
débarrasser des bulles d’hydrogène qui adhèrent au métal, nous trouvons de
nouveau, très sensiblement, 1 volt.
─ Remplaçons la lame de cuivre par une autre nouvelle, n’ayant jamais servi;
nous obtenons le même résultat. C’est donc une modification des conditions
de contact : cuivre-électrolyte, qui provoque la diminution de la f.é.m. de
l’élément Volta. On dit que la pile, ainsi modifiée, est polarisée.
En fait, la pile neuve, de chaîne conductrice dissymétrique
Cu SO4 
(+) (-)
s’est transformée en une autre pile, de chaîne
conductrice dissymétrique
Cu (hydrogéné) 2SO4 Zn
(+) (-)
dont la f.é.m. est plus faible que la précédente et dont
la résistance intérieure est plus forte (à cause de la
gaine d’hydrogéne).
2 – piles usuelles
La pile de Volta se polarise trop vite pour être pratique. On lutte contre la
polarisation dans deux types de piles à liquide :
● les piles à dépolarisant ; l’exemple type est la pile Leclanché;
● les piles impolarisables; l’exemple type est la pile Daniell.

A – La pile Leclanché
a – Le principe
La pile Leclanché est l’exemple type des piles à
dépolarisant. L’hydrogène adsorbé par la lame
positive est détruit, à mesure qu’il se forme, par
un oxydant appelé dépolarisant.
b- La description
L’électrolyte est une solution de chlorure d’ammonium (NH4+ + Cl-) à 200g par
litre dans laquelle sont plongées deux électrodes :
─ un crayon de zinc amalgamé formant le pôle négatif de la pile;
─ un cylindre en charbon des cornues, placé à l’intérieur d’un vase poreux
rempli de bioxyde de manganèse MnO2, (dépolarisant), formant le pôle positif
de la pile.
c – Le fonctionnement
Lorsque la pile débite, le courant la traverse
de l’électrode en zinc (pôle négatif et anode)
vers l’électrode en charbon (pôle positif et
cathode). Le passage du courant
s’accompagne des réactions d’électrodes
suivantes :
● A l’anode, comme dans la pile Volta, le
zinc de l’électrode subit l’oxydation :
Zn  Zn++ + 2e-
● A la cathode, les ions ammonium subissent la réduction et se transforment
en ammoniac NH3, qui se dissout, et en hydrogène :
2NH4+ + 2e-  2NH3 (dissous) + H2
Cet hydrogène réduit à mesure le bioxyde de manganèse, ce qui empêche la
polarisation de la pile.
La réaction globale 2NH4+ + Zn  Zn2+ + 2NH3 + 2H
libère de l’énergie chimique que la pile transforme en énergie électrique.
d – Les caractéristiques
La f.é.m. d’un élément Leclanché est voisine de 1,5V et sa résistance
intérieure est de l’ordre de quelques dixièmes d’ohm.
L’action du dépolarisant reste lente et la pile ne fonctionne
bien qu’en usage intermittent.
Les piles sèches pour lampe de poche sont des piles
Leclanché que l’on rend transportables en gélifiant
l’électrolyte avec une substance appropriée.
On groupe souvent 3 éléments Leclanché en série pour
obtenir une f.é.m. de 4,5 volts.