OBJECTIFS PEDAGOGIQUES

Comment expliquer le fonctionnement d’une pile « orange » ?
Extrait du BO : Partie III AGIR Défis du XXIéme siècle
OBJECTIFS DE LA SCEANCE
Objectifs pédagogiques
Compétences travaillées
Partie 1 : PRATIQUER UNE DEMARCHE
D’INVESTIGATION visant à expliquer le
fonctionnement d’une pile électrochimique.
-Le but est d’amener les élèves à
MODELISER différentes piles, guidés par la
liste du matériel
-Pour trouver les facteurs d’influence de la
tension à vide ils doivent utiliser la
METHODE DE SEPARATION DES
VARIABLES (fixer une variable et faire
varier l’autre)
- Pratiquer une démarche
expérimentale pour réaliser une pile et
modéliser son fonctionnement.
- Relier la polarité de la pile aux
réactions mises en jeu aux électrodes.
Partie 2 : DEDUIRE des résultats
expérimentaux, d’un document historique
(pile Volta) et du réinvestissement des
connaissances du cours d’électricité, les
définitions importantes de la pile (transfert
indirect d’électrons, polarité et demi-
équations, électrolyte, réaction redox)
- Recueillir et exploiter des informations
sur les piles
- Reconnaitre l’oxydant et le réducteur
d’un couple
- Ecrire l’équation d’une réaction
d’oxydo-réduction en utilisant les demi-
équations redox
PARTIE 1 : démarche d’investigation
Situation déclenchante : Vidéo de l’émission TV :
« On n’est pas que des cobayes : Peut-on faire de l’électricité avec des oranges ? »
On observe un animateur qui ne comprend pas le fonctionnement d’une pile orange : Comment une
orange peut-elle produire de l’électricité ?
On refait l’expérience décrite dans la vidéo pour constater qu’il existe une tension électrique que l’on
mesure : Eo = 1,0 V
Formulation d’hypothèses par les élèves pour expliquer l’existence de cette tension :
2 hypothèses fortes sont attendues :
- Soit la tension dépend majoritairement de l’orange (jus d’orange)
- Soit la tension dépend majoritairement des 2 lames de métal choisies dans la vidéo (Cu et Zn)
Expériences pour valider ou invalider les hypothèses
- On modélise différentes piles avec des solutions et des métaux différents
- La méthode d’expérimentation par séparation des variables est attendue :
Expérience 1 : paramètre fixe le couple de métaux Cu et Zn, puis on fait varier les solutions
Cu / Zn
NaCl
HCl
eau
Eau sucrée
Jus d’orange
U(V)
0.82
1,0
0,95
0,90
1,0
Expérience 2 : paramètre fixe la solution, puis on fait varier les couples de métaux
Jus orange
Cu / Zn
Cu / Fe
Cu / Cu (cas fort)
Fe / Zn
U(V)
1,0
0,75
0
0.50

Conclusion
On constate que la tension varie peu en fonction des solutions
On constate que la tension varie fortement en fonction du couple de métaux choisi (elle est nulle
pour 2 métaux identiques)
Donc l’existence de cette tension électrique ne provient pas majoritairement du jus d’orange
comme on aurait pu le penser au visionnage de la vidéo et les commentaires associés mais des
métaux choisis
PARTIE 2 : Etude de la pile
1-Réinvestir des connaissances du cours d’électricité pour définir les polarités, le sens du courant,
conductivité électrique des solutions ioniques, reconnaitre un montage de piles en série dans la pile
Volta.
2-Exploiter un document pour trouver l’information qu’un jus d’orange est une solution aqueuse
acide (1g acide dans 100 g d’eau ) donc conductrice ( alors ça marche aussi avec un citron…)
3-Exploiter un document pour pouvoir écrire les demi-équations électroniques (réinvestissement
du cours précédent) se produisant aux électrodes et relier la polarité au type de réaction qui s’y
produit
4-Constater que la pile orange n’est autre une pile volta inventée il y a plus de 200 ans (histoires des
sciences)
5-Définir une pile :
Il se produit une réaction redox dans une pile mais le transfert d’électrons est indirect (ils passent
par le fil)
Choix pédagogiques & Questions annexes
Certaines questions soulevées dans cette séance demeurent sans réponses à ce stade de la
progression du cours
1-Le rôle de l’électrolyte n’est pas traité en détail ici. Seule la présence d’ions nécessaire à la
circulation du courant (notion déjà connue des élèves) est évoquée ici.
Lors de la réaction de réduction : 2 H+ + 2 e-  H2 les ions H+ de l’électrolyte participent à la
réaction donc dans ce cas l’électrolyte est un réactif ce qui un cas plus complexe à traiter.
On traitera en cours la pile Daniell où le pont salin (K+ , NO3 -) permettra de préciser le rôle des ions
du pont salin qui migrent pour assurent l’électronégativité des solutions .
2-Il est troublant pour les élèves de constater qu’avec de l’eau distillée la tension existe aussi donc
la solution choisie semble sans importance…(un potentiel de corrosion existe toujours mais la
concentration en H+ élevée facilitera la circulation du courant lorsque la pile fonctionne) Ce problème
trop complexe et hors programme ne sera pas traité.
3-Le cuivre n’intervient pas dans la réaction. Son rôle d’électrode « inerte » peut questionner, nous
traiterons la pile Daniell où l’électrode de cuivre participe à la réaction ainsi les 2 cas seront traités.
Choix didactiques :
1-Choix de la pile Volta (historiquement la première) est la plus simple pour introduire la notion de
pile, Ensuite sera introduite la pile Daniell avec la notion plus ardue de demi-pile et pont salin
2-Choix de la réaction de réduction : 2 H+ + 2 e-  H2
La littérature propose une autre équation plus complexe pour les élèves de 1S :
2 H2O(l) + 2e− = H2(aq) + 2 HO−(aq) cela illustre le caractère basique inutile ici
J’ai choisi la plus simple (équivalente) 2 H+ + 2 e-  H2 mais elle a le désavantage de supposer
l’existence d’ion H+ en solution aqueuse alors que l’on a précisé dans un cours précédent que seul
existait l’ion H3O+ .
2 H2O(l) + 2e− = H2(aq) + 2 HO−(aq)
2 (H+, HO-) + 2 e- = H2(aq) + 2 HO−(aq
2 H+ + 2 e-  H2
L’autre option eu été de parler du couple H3O+ (aq) / H2(g) pour lever le problème de H+ dans l’eau
mais l’équation fait apparaitre des molécules d’eau pour l’équilibrer, technique encore non traitée à
ce stade de l’avancement avec les élèves : 2H3O+ (aq) + 2e-  H2(g) + 2 H2O