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Chapitre 8
LES GÉNÉRATEURS
Sommaire
–1. Un peu d'histoire
–2. La pile hydroélectrique
–3. Effets calorifiques du courant
–4. Force contre électromotrice
–5. Couplage des générateurs
–6. Généralisation de la loi d'ohm
1. UN PEU D'HISTOIRE
En 1794, le physicien Alessandro VOLTA fait sa première grande découverte ! Il s'agissait
d'un appareil, qui après avoir été chargé, pouvait transmettre un courant électrique continu.
Mais Volta qui suivait déjà depuis quelques années, avec intérêt, les travaux de son ami
Galvani pousse ses recherches plus loin et en 1800 c'est la réussite. Il découvre l'existence
d'un courant électrique, lorsque deux métaux différents sont mis en contact dans une
solution d'eau salée. C'est la création de la première pile.
Cette première pile était formée d'un certain
nombre de cuves contenant une solution salée et de
fils passant d'une cuve à l'autre. Le fil était en zinc
à une extrémité et en cuivre à l'autre. Dès qu'ils se
touchaient, un courant passait par les fils. Plus tard
Volta améliora le système en utilisant une série de
petites plaques rondes, en cuivre et en zinc. Deux
plaques de métaux différents étaient séparées
l'une de l'autre par un petit disque en canon imbibé d'une solution salée. La figure ci-contre
illustre le principe de la pile de Volta. Volta décéda à Corne le 5 mars 1827 et l'unité de
tension électrique fui appelée le VOLT en son honneur, et c'est sûrement l'hommage le plus
durable qui lui fut décerné.
Conclusion
La pile VOLTA est le premier générateur d'électricité digne de ce nom. Il s'agit d'une
invention révolutionnaire, même si ses applications restent limitées puisque la pile n'est
déchargeable qu'une fois. Des piles de ce type sont dites « primaires ».
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2. LA PILE HYDROÉLECTRIQUE
On appelle pile hydroélectrique un générateur
chimique comprenant un électrolyte et deux
électrodes de nature différente. Analysons le
fonctionnement d'une pile de Volta : on constate
que lorsque la pile débite un courant dans un
circuit fermé il y a rapidement diminution du
courant et apparition d'une couche de bulles
d'hydrogène à l'électrode positive de la pile. C'est
le défaut de la pile de Volta et qu'on appelle la
polarisation. En réalité il y a, à l'intérieur de la
pile, une électrolyse qui se produit. L'électrode par
laquelle le courant entre est anode et celle par
laquelle son le courant est cathode.
Il a fallu attendre 1868 pour qu'un
ingénieur français LECLANCHE trouve un
moyen pour améliorer le défaut de la pile
de Volta.
C'est par l'emploi d'un dépolarisant
solide, le dioxyde de manganèse, que
George Leclanché a réalisé la première
pile moderne.
2.1 L'évolution
L'évolution des piles s'est caractérisée notamment par la recherche de nouveaux
constituants, ce sont les piles au mercure. On a amélioré les dépolarisant et immobilisé
le liquide électrolyte dans une gelée pâteuse, ce sont les piles sèches. La pile à
combustible est, à ce jour, parfaitement maîtrisée et si son principe remonte au milieu
du 19ème siècle son utilisation actuelle est permanente.
Le développement explosif de l'électronique et de ses applications à l'informatique, aux
télécommunications, à la régulation, etc. est dû, en grande partie, à la miniaturisation de
plus en plus poussée des composants électroniques qui demandent de moins en moins
d'énergie électrique pour remplir des fonctions de plus en plus nombreuses et
complexes.
Cela a entraîné l'apparition, d'une part , de piles et d'accumulateurs extrêmement petits
et, d'autre part, de toute une série d'appareils électriques autonomes utilisant ces
sources de courant de volume réduit.
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2.2 Propriété d'une pile
Un générateur a la propriété d'entretenir entre ses
bornes une différence de potentiel (ou une tension).
On appelle force-électromotrice (f.e.m) d'un
générateur la tension qu'on mesure entre ses bornes
à circuit ouvert, c.à.d. lorsqu'il ne débite aucun
courant. On la représente généralement par le
symbole [e] ou [E] et elle s'exprime en volts.
Le symbole d'un élément de pile est celui illustré par la figure ci-dessus. Le circuit
intérieur d'un générateur est conducteur et, de ce fait a une certaine résistance qu'on
appelle sa résistance interne et qu'on désigne généralement par le symbole [r]. La f.e.m.
est donc une tension dont on ne pourra jamais bénéficier ! En effet dès que la pile
débitera un courant ce dernier traversera non seulement la charge R mais aussi la
résistance interne r provoquant ainsi une chute de tension à l'intérieur du générateur .
Cette chute de tension peut être représentée par :
u = r * I
La figure ci-contre illustre le circuit d'une pile en
charge. La tension qui va apparaître aux bornes
de la charge R, soit U sera plus petite que la
f.e.m. [e] ! Pourquoi ?
2.3 Loi d'ohm du générateur
Parce que la chute de tension, à l'intérieur du générateur, se déduit de la valeur de la
force électromotrice et qu'il reste alors :
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U = E – r * I
U = tension en charge
E = force électromotrice
I = intensité
r = résistance interne du générateur
==> E = U + r * I
==> E = R * I + r * I
==> E = I * (R + r)
==>

2.4 Caractéristiques de décharge
2.5 Usages
Les piles sont utilisées pour fournir des courants peu intenses.
–Horloges électriques
–Appareils auditifs
–Allume-gaz
–Poste de radio
–Rasoirs électrique
–Lampe de poche
–Jouet électrique
–Calculatrices
–…
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3. LES ACCUMULATEURS
3.1 Généralité
Un accumulateur est un appareil qui emmagasine de l’énergie électrique sous forme
d’énergie chimique et qui la restitue ensuite.
Son fonctionnement comprend deux phases :
-la charge pendant laquelle il fonctionne en récepteur
-la décharge pendant laquelle il fonctionne en générateur
3.2 Accumulateur au plomb
-Plonger 2 électrodes en plomb dans une solution diluée d’acide
sulfurique. Aucune déviation du voltmètre. La cuve n’est pas un
générateur
-Alimenter la cuve par un générateur à travers
un rhéostat. Un courant circule dans le
circuit, on remarque un dégagement de bulles
aux électrodes.
La tension aux bornes de la cuve s’élève et le voltmètre indique de 2 V à 2,4 V. Le
courant qui circule dans la cuve décompose l’électrolyte. L’hydrogène se dégage à
l’électrode négative et l’oxygène à l’électrode positive.
-Ouvrir le circuit. Les plaques sont d’aspect
différent. La plaque positive est brune, la plaque
négative grise. La tension au voltmètre indique une
tension de 2 V qui baisse rapidement.
La cuve a emmagasiné de l’énergie électrique, elle est devenue un accumulateur .
Les électrodes sont chimiquement différentes :
-positive : plomb oxydé
-négative : plomb pur
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