Guinguette Marais Poitevin

Concepts clés
Électricité
Piles
Réaction électrochimique
Conducteur électrique

Introduction
Pouvez-vous imaginer comment votre vie changerait si les piles n’existaient pas ? Sans ce moyen pratique de stocker l’énergie électrique, nous ne pourrions pas disposer de tous nos appareils électroniques portables, comme les téléphones, les tablettes et les ordinateurs portables. Tant d’autres objets – des voitures télécommandées aux lampes de poche en passant par les appareils auditifs – auraient également besoin d’être branchés sur une prise murale pour fonctionner.

En 1800, Alessandro Volta a inventé la première batterie, et les scientifiques ont travaillé dur depuis pour améliorer les conceptions précédentes. Avec tout ce travail consacré aux piles et toute la frustration que vous avez pu avoir en faisant face à des piles mortes, vous pourriez être surpris de constater que vous pouvez facilement en fabriquer une à partir de matériaux domestiques. Essayez cette activité et elle pourrait bien charger votre imagination !

Contexte
Les piles sont des récipients qui stockent l’énergie chimique, laquelle peut être convertie en énergie électrique – ou ce que nous appelons l’électricité. Pour ce faire, elles dépendent d’une réaction électrochimique. La réaction se produit généralement entre deux morceaux de métal, appelés électrodes, et un liquide ou une pâte, appelé électrolyte. Pour qu’une batterie fonctionne bien, les électrodes doivent être composées de deux types de matériaux différents. Ainsi, l’une réagira différemment de l’autre avec l’électrolyte. Cette différence est ce qui génère l’électricité. Reliez les deux électrodes à l’aide d’un matériau qui peut bien transporter l’électricité (appelé conducteur) et les réactions chimiques s’amorcent ; la pile produit de l’électricité ! Lorsque vous établissez des connexions, notez que l’électricité aime emprunter le chemin de moindre résistance. S’il existe plusieurs façons d’aller d’une électrode à l’autre, l’électricité empruntera le chemin qui lui permet de circuler le plus facilement.

Maintenant que vous connaissez les éléments essentiels d’une pile, examinons quelques matériaux domestiques. Le papier d’aluminium est un bon conducteur – l’électricité y circule facilement. Le corps humain conduit également l’électricité, mais pas aussi bien que le papier d’aluminium. Les électrodes sont aussi courantes que les centimes de cuivre que vous avez peut-être cachés dans votre tirelire. Quant aux électrolytes, on en trouve partout dans la cuisine ; le jus de citron en est un exemple. Une simple batterie domestique pourrait être plus facile à fabriquer que vous ne l’imaginiez !

Matériels

• Au moins deux centimes
• Eau
• Quelques gouttes de savon à vaisselle
• Serviettes en papier
• Feuilles d’aluminium (au moins neuf sur 60 centimètres)

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• Ciseaux
• Règle
• Au moins un citron (de préférence avec une peau fine)
• Assiette
• Couteau (et l’aide d’un adulte pour l’utiliser)
• Au moins deux trombones recouverts de plastique-.en plastique

Préparation

• Lavez vos centimes dans de l’eau savonneuse, puis rincez-les et séchez-les avec une serviette en papier. Cela permettra d’enlever toute saleté qui s’y colle.
• Découpez soigneusement trois rectangles de papier d’aluminium de trois centimètres sur 20 centimètres chacun.
• Pliez chaque bande en trois dans le sens de la longueur pour obtenir trois solides bandes d’aluminium d’un centimètre sur 20 centimètres.
• Note : Dans cette activité, vous allez fabriquer une pile à très faible voltage. La quantité d’électricité générée par cette pile maison est sans danger, et vous pourrez même la tester en y touchant votre doigt et en sentant le faible courant. Des tensions électriques plus élevées, cependant, peuvent être très dangereuses et même mortelles ; vous ne devriez pas faire d’expériences avec des piles commerciales ou des prises murales.

Procédure

• Placez le citron sur le côté sur une assiette et demandez à un adulte d’utiliser soigneusement le couteau pour faire une petite coupe près du milieu du citron (loin de chaque extrémité). Faites la coupe d’environ deux centimètres de long et d’un centimètre de profondeur.
• Faites une deuxième coupe similaire à environ un centimètre de distance et parallèle à la première coupe.
• Poussez un penny dans la première coupe jusqu’à ce que seule la moitié de celui-ci dépasse de la peau du citron. Une partie du penny doit être en contact avec le jus de citron car c’est ce qui sert d’électrolyte. Ce penny en cuivre en contact avec le jus de citron sert de première électrode. Remarque : si la peau de ton citron est très épaisse, tu auras peut-être besoin d’un adulte pour couper soigneusement la peau du citron. Pourquoi pensez-vous qu’il est important qu’une partie du penny soit en contact avec le jus de citron ?
• Glissez l’une des bandes d’aluminium dans la deuxième coupe jusqu’à ce que vous soyez sûr qu’une partie de l’aluminium soit en contact avec le jus de citron. Peux-tu deviner quelle partie d’une pile la bande d’aluminium qui se trouve à l’intérieur du citron représente ? Pensez-vous qu’il est important que l’aluminium soit en contact avec le jus de citron ?
• Vous venez de fabriquer une pile ! Elle possède deux électrodes faites de métaux différents et un électrolyte qui les sépare. Pensez-vous que cette batterie produit de l’électricité ou qu’il manque encore quelque chose ?
• Votre batterie peut générer de l’électricité mais elle ne le fera que si les électrodes sont connectées avec quelque chose qui conduit l’électricité. Pour établir une connexion, attachez la deuxième bande d’aluminium à la partie du penny qui dépasse du citron avec un trombone recouvert de plastique. Assurez-vous que l’aluminium touche le penny pour que l’électricité puisse passer entre le cuivre et l’aluminium. Vous avez utilisé une bande d’aluminium pour créer une connexion ; pensez-vous qu’une bande de plastique fonctionnerait aussi bien ? Savez-vous pourquoi vous n’avez pas besoin de créer une connexion à la deuxième électrode pour cette batterie particulière ?
• Dès que les deux bandes d’aluminium se touchent, l’électricité sera produite dans la pile et circulera dans les bandes, d’une électrode à l’autre. Comme tu ne peux pas voir l’électricité qui circule, tu peux essayer de la sentir. Maintenez les deux bandes à une distance d’environ un centimètre et touchez-les du bout du doigt. Pouvez-vous sentir un picotement, créé par une petite quantité d’électricité passant d’une bande d’aluminium à l’autre à travers votre corps ?
• Pour plus de jus électrique (et une sensation de picotement légèrement plus forte), vous pouvez construire une deuxième batterie, identique à la première. Tu peux choisir un endroit différent sur le citron que tu viens d’utiliser ou utiliser un deuxième citron pour construire une deuxième pile. Notez que vous n’avez besoin que d’une seule bande d’aluminium pour construire une deuxième pile. Pour connecter la deuxième pile à la première, trouve la bande d’aluminium de la première pile qui sert d’électrode. (Son extrémité est insérée dans le citron.) Utilisez un trombone recouvert de plastique pour fixer l’autre extrémité de cette bande d’aluminium au centime de la deuxième pile. Cela permet de connecter l’électrode en aluminium de la première pile à l’électrode en cuivre de la deuxième pile.
• Testez cet ensemble de piles connectées de la même manière que vous avez testé la pile unique, en amenant les extrémités des deux bandes d’aluminium qui dépassent de votre ensemble de piles (celles qui ont une extrémité libre) en contact avec le bout de votre doigt. Pouvez-vous sentir l’électricité couler ? Si vous l’avez bien sentie la première fois, est-ce que cela est différent ? (Remarque : si tu ne peux pas sentir le picotement, vérifie que chaque électrode – les centimes et les bandes d’aluminium plantées dans le citron – est insérée assez profondément pour être en contact avec le jus de citron ; assure-toi qu’il y a un contact ferme entre le centime et la bande d’aluminium qui y est attachée ; et que les bandes d’aluminium ne se touchent pas. Si tout est correct, vous avez peut-être besoin d’un peu plus d’électricité pour ressentir des picotements. Vous pouvez tester une autre personne pour voir si elle peut ressentir l’électricité ou vous pouvez choisir d’ajouter une pile au citron supplémentaire à votre ensemble.)
• Extra : Maintenant que vous pouvez détecter si de l’électricité est produite ou non, essayez différentes configurations. Que se passe-t-il si vous laissez les bandes d’aluminium se toucher ? Que se passe-t-il si vous remplacez une bande d’aluminium par un morceau de plastique, un trombone métallique déplié ou un cure-dent ?
• Extraordinaire : Les scientifiques appellent la façon dont tu as connecté tes piles dans cette activité « connecter des piles en série. » Penses-tu que la façon dont tu connectes deux piles fait une différence dans la quantité d’électricité que tu as ressentie ? Essaie de le vérifier en connectant les deux électrodes en cuivre l’une à l’autre et en fixant les deux électrodes en aluminium de la même manière. (Remarque : tu auras besoin d’une bande d’aluminium supplémentaire pour le faire.) Les scientifiques appellent cela « connecter les piles en parallèle ». Testez les deux façons de connecter les piles et comparez. Ressentez-vous une différence ?
• Extra : Essayez différents types de métaux comme électrodes pour vos piles. Pensez-vous qu’une pile avec deux pennies comme électrodes produirait de l’électricité ? Qu’en est-il d’une pile avec un penny et un nickel ? Notez que certaines combinaisons peuvent générer de l’électricité, mais la quantité générée peut être inférieure à votre capacité à la sentir. Connecter deux ou plusieurs de ces piles pourrait vous aider à identifier les bonnes combinaisons.
• Extra : Vous avez utilisé un citron pour fournir l’électrolyte de votre batterie. Pensez-vous que d’autres légumes ou fruits fonctionneraient aussi bien ? Une batterie de pommes de terre, de pommes ou d’oignons fonctionnerait-elle ? Essayez-en quelques-uns dans votre cuisine (avec votre permission, bien sûr). Un fruit ou un légume particulier est-il plus performant que les autres ? Avec ce que vous avez appris sur la façon dont les piles génèrent de l’électricité, pourquoi pensez-vous qu’un type de produit faisait une pile plus solide ?
• Extra : Si vous disposez d’une LED (diode électroluminescente), cherchez à savoir combien de piles au citron sont nécessaires pour l’allumer.

Observations et résultats
Avez-vous ressenti les picotements au bout de votre doigt ?

La pile que vous venez de fabriquer comporte une électrode en cuivre et une électrode en aluminium séparées par du jus de citron électrolytique. Elle produira de l’électricité dès que l’électricité aura un chemin pour passer d’une électrode à l’autre. Tu as créé ce chemin en utilisant des bandes d’aluminium, un matériau qui conduit bien l’électricité.

En connectant ta pile au bout de ton doigt, tu as permis à la petite quantité d’électricité qu’elle génère de circuler dans ton corps. Cette quantité d’électricité peut créer une sensation de picotement au bout d’un doigt. Les expériences diffèrent d’une personne à l’autre. Certaines personnes peuvent ne ressentir que le signal plus important généré par la connexion de plusieurs piles d’une manière particulière. Le fait de laisser les bandes d’aluminium se toucher permet à l’électricité de passer très facilement d’une électrode à l’autre, de sorte que presque aucune électricité ne circule dans votre corps et que la sensation de picotement disparaît. Le plastique et le bois ne conduisent pas bien l’électricité ; aucune sensation ne sera ressentie si vous utilisez ces matériaux comme connexions. Les métaux, en revanche, conduisent bien l’électricité. Différentes combinaisons de métaux comme électrodes influenceront la quantité d’électricité générée. Cependant, l’utilisation de métaux identiques comme électrodes ne produira pas d’électricité.

Dans cette activité, vous avez fabriqué une batterie maison à très faible tension. Mais l’utilisation de piles commerciales peut être dangereuse – et n’expérimentez jamais avec des prises murales !

D’autres choses à explorer
Les piles, d’ExplainThatStuff !
Comment fonctionnent les piles ?, de LiveScience
Une pile qui fait des sous, de Science Buddies
Les piles de pommes de terre : Comment transformer les fruits et légumes en énergie végétale, de Science Buddies

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