Réactions électrochimiques
Piles électriques - Présentation générale

La pile est un générateur non rechargeable (encore appelé générateur primaire), permettant de produire de l’énergie électrique à partir de réactions mettant en jeu des espèces chimiques et des électrons ; c’est un générateur électrochimique d’électricité. La pile a une importance particulière dans l’activité humaine, en ce sens qu’elle permet l’utilisation autonome de moyens et d’équipements électriques ou électroniques, auxquels elle fournit de l’énergie électrique à partir d’un volume réduit et transportable de produits réactifs.

Malgré les nombreux travaux effectués dans le domaine de l’électrochimie (science qui traite, d’une façon générale, des phénomènes se produisant aux électrodes), nous devons admettre qu’il est impossible d’espérer des progrès aussi grands que ceux auxquels nous assistons dans l’électronique (microprocesseurs et moyens de stockage de l’information notamment). Nous pouvons en effet prévoir pour les piles un progrès possible au maximum d’un facteur 10 environ en termes d’énergie massique par rapport aux piles classiques de type piles salines et alcalines. Les énergies massiques pratiques de ces piles salines et alcalines sont dans la gamme de 50 à 100 Wh/kg, alors que, idéalement, pour les piles les plus évoluées envisageables nous ne pouvons espérer, dans le meilleur des cas, qu’un peu plus de 1 000 Wh/kg à très faible régime.

Dans une pile, l’énergie disponible est en effet proportionnelle à la quantité de matière active introduite dans celle-ci (mais dépend aussi de la nature de ces matières actives), ce qui représente une masse et un volume d’autant plus grands que nous souhaitons une autonomie plus importante. La connaissance des matériaux actifs permet cependant de bien les choisir afin d’aboutir à la meilleure compacité pour une application donnée. Par ailleurs, les progrès incessants des composants électroniques réduisent les puissances nécessaires, et c’est surtout ce point qui permet de réduire la taille de la source d’énergie du fait de consommations diminuées.

Des progrès importants ont été obtenus pendant ces trente dernières années, comme nous pourrons le voir dans l’article. Cependant, à vouloir disposer d’une énergie trop concentrée (grande autonomie pour un faible volume et/ou masse), nous nous acheminons immanquablement vers des générateurs dont la densité d’énergie peut, dans certains cas, se rapprocher de celle de la dynamite ; une gestion très « fine » du fonctionnement de ces générateurs se révèle alors nécessaire afin d’éviter tout désagrément lors d’une utilisation pratique, éventuellement dans des conditions abusives. La libération trop rapide de l’énergie stockée dans de grosses piles de ce type peut en effet présenter un réel danger qu’il faut maîtriser en mettant au point des moyens techniques nécessaires à l’obtention d’un bon niveau de sécurité pour tout utilisateur.

En ce qui concerne l’environnement, la plupart des piles comportent des composés généralement peu polluants : zinc, carbone, dioxyde de manganèse, lithium, potasse, polymères inertes, sels de lithium et solvants organiques de type ester, éther, etc., ne comportant que rarement des atomes ou des fonctions conduisant à des produits toxiques à proprement parler. Cependant, une grande dispersion dans l’environnement de ces différentes piles n’est pas souhaitable pour des raisons de pollution en termes de quantité de déchets mais aussi de matières premières dont certaines peuvent être récupérables. Dans ce cadre, et compte tenu de réglementations nationales et européennes qui se développent, un retraitement afin d’en récupérer les matières les plus intéressantes économiquement est de plus en plus pris en compte par les sociétés manufacturières de piles.

L’étude complète du sujet comprend les articles :

• D 3 320 - Piles électriques. Présentation générale (le présent article) ;

• D 3 321 - Piles électriques. Piles au zinc ;

• D 3 322 - Piles électriques. Piles au lithium ;

• D 3 323 - Piles électriques. Piles activables ;

• Doc. D 3 325 - Piles électriques. Pour en savoir plus.