Les sources:

On distingue plusieurs types de sources :

•     les sources de tension,

•     les sources de courant.

A part quelques appareils de laboratoire, ou quelques montages électroniques, les sources utilisées pour la production d'énergie électrique sont toutes des sources de tension.

L'alternateur :

Pour produire de l'énergie électrique alternative, on emploie des alternateurs.

La construction de l'alternateur est identique à celle du moteur synchrone.

Le principe est de faire tourner le rotor de cette machine (souvent entraîné par des turbines ou des moteurs diesel). Ce rotor est alimenté en tension continue, donc parcouru par un courant continu (souvent fourni par une dynamo placée en bout d'arbre) produit un flux magnétique fixe par rapport au rotor. Toutefois comme le rotor tourne, le flux tourne à la même vitesse.

Ce flux magnétique induit des tensions dans les enroulements statoriques. Ces tensions sont de formes sinusoïdales. Pour les machines triphasées, les enroulements et donc les tensions sont décalées de 120 degrés.

La fréquence est déterminée par la relation suivante :

Les piles :

Les piles transforment de l'énergie chimique en énergie électrique.

Les piles du type saline ou alcaline sont les piles habituelles pour poste de radio, jouet, lampe de poches, etc.

Les piles au mercure, argent ou au lithium sont les piles type "boutons", pour caméra, app. photo, agenda électronique,...

le type (norme IEC) d'une pile est inscrit sur la pile ( par exemple 3R12, 6 LR61)

modifiez la première ligne des cases !

la norme ANSI donne : R03 => AAA; R1 =>N; R6 =>AA; R8 =>A; R12=>B;R14=>C; R20=>D;R22=>C; R25=>F;R26=>G;R27=>J;R40=>6.

construction des piles salines ou alcalines

Les piles sont construites avec 2 électrodes nommées pôle positif et pôle négatif, plongées dans un électrolyte.

Dans la pile saline, le boîtier en zinc représente le pôle négatif. Au centre de ce boîtier se trouve le pôle positif (charbon) qui est entouré par un dépolarisant (bioxyde de manganèse) et qui baigne dans l'électrolyte (chlorure d'ammonium).

Les matériaux utilisés dépendent du type de pile.

Pour augmenter la tension d'une pile, le constructeur place plusieurs éléments en série.

par exemple : une pile 9 [V] est constuée de 6 éléments de 1,5 [V].

fonctionnement des piles salines ou alcalines:

Dans la pile se produit des réactions chimiques  qui produisent une différence de potentiel entre ses deux pôles. Si l'on ferme le circuit extérieur, un courant circule du - au + à l'intérieur de la pile (du charbon au zinc). Par électrolyse, il se produit du chlorure de zinc et de l'ammoniac qui se dissolvent dans le chlorure d'ammonium (électrolyte). En même temps, de petites bulles d'hydrogène se collent à la surface du pôle positif et forme une couche électriquement isolante. On dit que la pile se polarise.

Au repos, le bioxyde de manganèse libère son oxygène qui se combine avec l'hydrogène pour former de l'eau . La résistance diminue, la pile se dépolarise. La tension U à vide augmente.

Toutefois le dépolarisant s'épuise de manière irréversible.

La tension à ses bornes U [V] dépend de la tension à vide (parois notée E) et de la chute de tension interne (donc du courant débité et de la résistance interne Ri): U = E - Ri I Ci contre, on constate que pour n'importe quelle valeur de courant, E = U + Ri I . Si U = 0 [V],  alors nous avons un courant de court-circuit. Si U = E alors I = 0 [A]. Avec 2 mesures, on peut tracer la caractéristique U = f(I) de la pile et déterminer ses E et Ri .

Couplage des piles:

Le couplage parallèle est fortement déconseillé car un courant de décharge peut s'établir entre les piles si elles n'ont pas exactement la même tension U. Toutefois si on le fait on constate ceci:

   U = U₁ = U₂ =  ...= U_n   [V]

Q =Q₁ + Q₂  +...+Q_n  [C]

Le couplage série est utilisé pour augmenter la tension utile. Toutefois on n'augmente pas la durée d'utilisation :

   U = U₁ + U₂ +  ...+ U_n   [V]

Q =Q₁ = Q₂  =...= Q_n  [C]

note : Q exprime la quantité d'électricité en coulomb. Un coulomb représente 1 [As] (1 ampère pendant 1 seconde). Pour les piles et les accumalateurs il est d'usage d'employer un multiple de l' As soit Ah . 1 Ah = 3600 As.

Cette unité est utilisée par les praticiens qui vont jusqu'à parler de mAh (milli-Ah) alors qu'ils ne parlent pas de kC !!

les types de piles:(excépté les piles à combustible)

note : les piles ne sont pas rechargeables. Il existe un système pour pouvoir les régénérer environs 25 fois mais seuls les accumulateurs sont rechargeables, quand aux piles à combustible, une fois le combustible "utilisé", il faut en remettre, ce n'est donc pas une recharge (inversion des procésus chimiques).

tableau comparatif des capacités en [mAh]

Tableau comparartif de décharge des piles

Les piles à combustible

Ce type de piles est certainement La Pile du futur. Tant pour l'alimentation de voitures électriques, que pour des villas ou usine que pour de petits appareils (natel, ordinateur portable,etc..). Actuellement la NASA utilise des piles de ce genre.

La recherche pour des vehicules avance. Toutefois le prix est encore (1999) trop élevé : env. 20 000 Frs / kW - et une voiture a besoin d'environs 50 kW.

Des unités de 11 MW ont déjà été testée de 1991 à 1997. La durée de fonctionnement (vie) est seulement de 23 000 heures. Plus de 120 piles entre 50 et 500 kW ont été installées au Japon.

Une pile à combustible de 20W (env. 25 frs) permettrai 30 heures de communication... Une pile avec un 0,5 dm³ de graphite alimenterait plus d'un mois un ordinateur portable (20W).

fonctionnement.

Pour fonctionner, cette pile a besoin de deux éléments : l'hydrogéne et l'oxygène et elle rejette de l'eau . Si la pile ne fonctionne plus, il suffit de lui redonner du combustible : l'hydrogène (elle peut prendre elle-même l'oxygène de l'air).

Le principe de fonctionnement est simple. Sur l'anode l'hydrogène; sur la cathode de l'oxygène Le catalyseur est souvent à base de platine. Entre les deux pôles, il y a un électrolyte (membrane échangeuse de protons) qui laisse passer les ions positif de l'hydrogène . Il y a oxydation de l'hydrogène et donc formation d'eau sur la cathode. Les électrons eux ne peuvent pas traverser l'électrolyte et doivent donc prendre un autre chemin (circuit externe). Cela permet donc à un courant électrique de s'établir de la cathode à l'anode.

La tension obtenue par un élément de pile à combustible est d'environs 1V. Pour augmenter la tension utile, on place des élements en série. C'est à dire que l'anode d'une pile est séparée de la cathode de la pile adjacente par une cloison étanche qui permet la liaison électrique et qui est équipée de distributeurs pour l'oxygène et l'hydrogène (et éventuellement des canaux pour un liquide de refroidissement).

Le combustible pose toutefois un problème. Son volume est trop important sous forme gazeuse. Pour l'avoir à l'état liquide on perd 40 % de son énergie et l'hydrogène liquide s'évapore trop rapidement. Pour miniaturiser la pile, on utilise d'autres matériaux qui contiennent de l'hydrogène: décaline (C₁₀H₁₈), borhydrure de lithium, hydrure métallique solide, méthanol, hydrogène dans nanofibres de graphite, carbonate.

Les différents types de piles sont:

•      à acide phosphorique (the best à ce jour, pour piles de plus de 100 kW, mais cher 25000frs/kW),

•     à carbonate fondu (fonctionne à plus de 650 dergés, sans cathalyseur couteux)

•     à oxyde solide (fonctionne à plus de 650 dergés, sans cathalyseur couteux),

•     à membrane échangeuse de protons ( pour des petites puissances, ne laisse passer que les ions chargés positivement)

•     à combustible alcaline ( navette spaciale, récupération de l'eau possible, bon rendement)

La température de la réaction varie beaucoup selon les procédés utilisés pour atteindre 800 degrés dans un pile à oxide solide de 10 kW. La chaleur dans ce cas est réutilisée pour le chauffage de l'immeuble.

Pour en savoir plus du coté de chimie, je vous conseille un tour par là-bas...

L'accummulateur:

L'accumulateur est un appareil qui converti de l'énergie chimique et énergie électrique et réciproquement. En effet si les piles habituelles ont une décharge irréversible et les piles à combustibles ont besoin d'un "plein d'hydrogène" pour continuer de fonctionner, l'accumulateur lui se recharge avec de l'énergie électrique.

fonctionnement :

L'accumulateur au plomb:

fonctionnement

voir ci-dessus

Attention, il est bon de savoir que la capacité diminue si la température.

faites variez la température de -20  à + 25 degrés centigrade.

Ceci est utile lorsque vous démarer votre véhicule. Plus la température est basse, moins votre batterie est chargée, moins de fois vous pourez essayer de le faire démarrer.

construction :

L'accumulateur au plomb (type batterie de voiture ) est un couplage électrique "série" de plaques alternativement positives et négatives. Ces plaques peuvent être formées de tubes ou de grilles remplis de plomb pur spongieux ( plaques négatives - sur la photo, il s'agit de plaques à grilles) et de bioxyde de plomb (plaques positives). Les plaques sont posées dans une cuve contenant l'électrolyte. Les plaques ne touchent pas le fond de la cuve pour éviter qu'elles soient en court-circuit lorsque les déchets s'y accumullent.

Le tension de l'accumulateur ne dépend pas des dimensions de ses plaques qui n'ont d'importance que pour sa capacité Q [Ah; C]

entretient :

Actuellement les batteries de voitures ne demande plus d'entretien.

Les autres types de batteries doivent régulièrement subir des charges et décharges totales (sinon elles se sulfatent) . La charge de la batterie peut être contrôlée en mesurant la densité de l'électrolyte ( mesure en degrés baumé).

La durée de charge devrait se faire en 10 heures. Ce qui implique une valeur du courant de charge égale au dixième de la capacité de l'accumulateur ( Q= 60 Ah => I = 6 A).

La fin de la charge se constate par l'apparition de bulles (d'hydrogéne et d'oxygène) dans.l'électrolyte.

Lors de la manipulation d'un accumulateur, il faut veiller à ne pas court-circuiter ses bornes. Sa résistance interne est très faible et permet donc un très grand courant de court-circuit nuisible à la durée de vie de l'accumulateur et de l'objet ayant servit à créer le court-circuit...

Accumulateurs alcalins :

Il existe plusieurs types d'accumulateur alcalins . Par exemple : fer-nickel, cadmium-nickel...

Ces accumulateurs ont pour défaut de s'autodécharger. Leur nombre de charges est limité ( env. 200 à 500)

Dans le cas d'accumuteur aux formats de piles (cadmium-nickel) la tension maximale est à peine de 1,3 [V]. Ce qui les rend inutilisables pour certains appareils à piles salines ou alcalines. Leur capacité est d'environs 900 [C] (250 [mAh]).

Sources diverses: