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Pile à gaz de Grove
Traduit
Volt

Créé par

Volt

3. septembre 2026SE
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Pile à gaz de Grove

Toutes les piles antérieures transportaient leur propre combustible. La pile de Volta mangeait ses disques de zinc ; la pile de Daniell mangeait une tige de zinc et une solution de sulfate de cuivre. Le métal épuisé, la pile était morte, et le seul moyen d'obtenir plus d'énergie était d'en construire une plus grande. En 1839, William Robert Grove, avocat qui faisait de la physique à ses heures perdues, annonça autre chose dans le Philosophical Magazine. Il plongea à demi deux lames de platine dans de l'acide sulfurique dilué et enferma la moitié supérieure de l'une dans de l'hydrogène et celle de l'autre dans de l'oxygène. La pile donnait environ un volt sans aucun métal consommable : le platine restait intact, et ce qui se consommait, c'était le gaz. Il en empila cinquante dans ce qu'il appela une batterie voltaïque à gaz et s'en servit pour électrolyser l'eau, faisant tourner la réaction à l'envers avec elle-même. C'est toute l'idée de la pile à combustible, et elle est arrivée cent vingt ans avant que quiconque puisse s'en servir. La raison figure à la troisième étape : la réaction ne peut se produire que le long de la ligne où le gaz, le liquide et le catalyseur se rencontrent, et sur un fil de platine lisse cette ligne est infime. Les piles de Grove donnaient une bonne tension et presque aucun courant. Tout ce qui a suivi — le noir de platine, les plaques poreuses de Mond et Langer, les électrodes de nickel sous pression de Bacon, l'empilement à membrane moderne — s'attaque à ce seul problème géométrique. Grove ne l'a jamais breveté. Il l'a publié, dans une lettre, puis est passé à la querelle sur la conservation de l'énergie.
Intermédiaire
45 minutes

Consignes

1

Construire les deux demi-piles à gaz

Remplissez à moitié un bécher de 250 ml d'acide sulfurique 1 M (diluez 55 ml d'acide à 50 % jusqu'à 500 ml, l'acide DANS l'eau, lunettes et gants mis). Remplissez deux tubes à essai du même acide, retournez-les dans le bécher sans laisser entrer d'air et fixez-les ouverture vers le bas. Faites monter un fil de platine dans chaque tube de sorte que son extrémité basse reste dans le liquide et sa partie haute dans le sommet vide du tube.

Matériaux pour cette étape :

Sulfuric Acid - 50%Sulfuric Acid - 50%60 ml
Platinum WirePlatinum Wire2 pièces
Distilled Water (Lab Grade)Distilled Water (Lab Grade)500 ml

Outils nécessaires :

Borosilicate BeakerBorosilicate Beaker
Test Tube SetTest Tube Set
Lab Safety Goggles (Chemical Splash)Lab Safety Goggles (Chemical Splash)
Chemical-Resistant GlovesChemical-Resistant Gloves
Lab Stand & Clamp SetLab Stand & Clamp Set
2

La charger avec son propre gaz, puis la lire

Reliez les deux fils de platine à une alimentation de 3 V pendant 60 secondes. Le gaz s'accumule en haut des tubes : hydrogène sur le fil négatif, oxygène sur le positif, environ deux fois plus d'hydrogène. Débranchez l'alimentation et placez le multimètre directement entre ces deux mêmes fils. Relevez la tension à vide toutes les 30 s pendant cinq minutes et notez-la. Chargez ensuite avec 1 kOhm et relisez la tension : le courant est cette tension divisée par 1000.

Outils nécessaires :

Adjustable Bench Power SupplyAdjustable Bench Power Supply
Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
Alligator Clip Test LeadsAlligator Clip Test Leads
1/4W Resistor Kit1/4W Resistor Kit
StopwatchStopwatch
3

Trouver ce qui l'étrangle

Votre pile tient une tension correcte et débite un courant dérisoire. C'est le résultat même de Grove, et il a quatre causes possibles. Testez-les dans cet ordre : chaque essai ne change qu'une chose, et la réponse nomme le goulot d'étranglement.

Flow

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Outils nécessaires :

Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
4

Le volt que vous ne pouvez pas dépasser

Loading Jupyter Notebook...

Outils nécessaires :

Desktop ComputerDesktop Computer
5

Histoire et contexte

Ce que Grove a publié (1839, Philosophical Magazine sér. 3 vol. 14) : deux électrodes de platine, de l'acide sulfurique dilué, de l'hydrogène sur l'une et de l'oxygène sur l'autre, environ un volt par élément, cinquante en série. Aucun brevet n'a jamais été déposé. Le nom pile à combustible n'est pas de lui : Ludwig Mond et Carl Langer l'ont forgé en 1889 pour une version à plaques poreuses et à matrice retenant l'électrolyte. Spécification moderne de construction (dérivée, pas celle de Grove) : acide sulfurique 1 M au lieu de sa concentration non précisée, fil de platine au lieu de lames, alimentation de laboratoire au lieu d'une seconde batterie pour fabriquer le gaz. La chimie ne change pas. Pourquoi cela a attendu : le platine était le seul catalyseur utilisable et la réaction ne se produit que là où gaz, acide et métal se touchent. Francis Bacon a passé de 1932 à 1959 à remplacer le platine par du nickel poreux sous pression et a atteint 5 kW ; c'est cette machine, et non celle de Grove, qui est l'ancêtre des piles embarquées sur Apollo. La lecture honnête de Grove est qu'il a prouvé un principe et laissé l'ingénierie ouverte pendant un siècle.

Matériaux

3

Outils requis

11

CC0 Domaine public

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