Le blog d'ABC de la Pile

Duracell est une marque de piles électriques et de lampes de poche. Elle est le concurrent direct historique d'Energizer et de Varta Rayovac. En compétition avec Duracell, on rencontre notamment Panasonic, Camelion, et GP. Histoire L’histoire de Duracell commence au début des années 1920 avec un scientifique inventif nommé Samuel Ruben et un fabricant de filaments de tungstène nommé Philip Rogers Mallory. Samuel Ruben a rendu visite à Mallory afin de trouver un équipement dont il avait besoin pour une expérience. Samuel Ruben et Philip Rogers Mallory ont trouvé une opportunité : l’union du génie inventif de Ruben et de la puissance de fabrication de la société. Leur association, qui durera jusqu’en 1975, année du décès de Mallory, a été la base de Duracell International. Les inventions de Samuel Ruben ont révolutionné la technologie de la pile. Pendant la deuxième guerre mondiale, Ruben invente une pile au mercure qui possède une plus grande capacité dans moins d’espace donc plus puissante et est assez durable pour être utilisée dans des conditions climatiques extrêmes. Le problème de la pile alcaline est qu’elle perd toute ses capacités énergétiques au dessous de 0°C et au-delà de 40°C. Comme l’Afrique du Nord et le Pacifique du Sud. Les batteries zinc-charbon ordinaires utilisées dans des torches électriques, des détecteurs de mines et des talkies-walkies ne pouvaient pas résister à de telles conditions. Mallory a fabriqué des millions de piles au mercure pour les armées. La société Mallory a été constituée peu après. Dans les années 1950, Samuel Ruben a continué à améliorer la pile alcaline au manganèse, en la rendant plus compacte, en prolongeant sa durée de vie, pour devenir la plus performante de toutes les piles fabriquées jusqu’alors. À la même époque, Eastman Kodak présentait des appareils photos avec flashs incorporés qui nécessitaient des puissances supérieures à celles fournies par les piles zinc-charbon plus connue sous le terme Saline. Ces appareils photos nécessitaient l’utilisation de piles alcalines au manganèse, mais de dimensions différentes de type AAA (LR03). Mallory à fabriqué ce type de piles et à autorisé l’utilisation de cette technologie car Duracell International n’avait aucune distribution grand public. L’exigence de puissantes piles alcalines sur le marché de la photographie, propulse la société qui créa la marque et la société DURACELL en 1964. Par la suite, le marché Grand public en piles DURACELL à connu une très forte progression. Duracell est le premier fabricant mondial de piles. L’esprit d’innovation commencée par Ruben et Mallory est perpétué dans les nouvelles piles alcalines DURACELL, DURACELL SIMPLY, DURACELL PLUS et DURACELL ULTRA avec la technologie M3. Duracell commercialise aussi des piles Lithium primaires (usage principal photo, électronique), des piles zinc-air (usage appareils auditifs) et à l’oxyde d’argent (usage montre). Autre gamme moins bien connue, Duracell fabrique aussi des batteries pour appareil photos numérique et les camescope, mais sa distribution n’est pas simple. La société compte 10 usines de piles dans le monde entier. Le siège social se trouve à Bethel dans le Connecticut aux États-Unis. Duracell commercialise ses piles et ses batteries dans le monde entier, principalement sous la marque déposée DURACELL ®. En 2004, les ventes nettes de Duracell s’élevaient à plus de deux milliards de dollars. C’est la marque de piles alcalines la plus populaire dans le monde. Produits Duracell fabrique des piles alcalines de différentes tailles, comme LR03 (AAA), LR06 (AA), LR14 (C), LR20 (D), et la pile 9 volts 6F22. Des tailles plus exotiques comme AAAA et J (pour des appareils médicaux) sont également fabriquées, ainsi qu'une gamme de piles bouton utilisant un mélange Zinc-air, utilisées dans les calculatrices, prothèses auditives et d'autres appareils, principalement médicaux. Duracell produit également des batteries spécialisées, comme des accumulateurs NiMH rechargeables et des piles pour appareil photos, montres, prothèses auditives, etc. Leurs deux marques principales de piles sont « Coppertop », durant plus longtemps, et « Ultra », visant principalement des utilisateurs d'appareils numériques nécessitant plus de puissance. Les gammes Coppertop et Ultra utilisent un mélange de dioxyde d'alcaline-manganèse. Duracell a également une ligne de piles au lithium, désormais fabriquées hors des États-Unis. Durant ces dernières années, les innovations de Duracell se sont étendues pour inclure de nouveaux types de piles avec leurs piles prismatiques. Ces accumulateurs prismatiques étaient de géométrie différente des piles traditionnelles: elles étaient en forme de prisme (d'où le nom) au lieu d'une forme cylindrique. Ces piles étaient soit alcalines, soit au lithium. En 2006, Duracell a présenté des piles « Power Pix » contenant un mélange « metal hydroxy », ayant pour but de fournir plus d'énergie, et par conséquent fonctionnant plus longtemps que des piles alcalines dans des appareils comme des appareils photo numériques ou d'autres appareils consommant beaucoup d'énergie. Ces piles sont de qualités supérieures à toutes les autres piles grâce à leur composition qui fournit de l'énergie plus longtemps. Plus récemment Duracell a relancé ses gammes de lampes de poche en mettant sur le marché la gamme Duracell Daylite proposant des lampes à LED de haute qualité qui offrent une qualité de lumière blanche, intense, sans tâche noire permettant aux utilisateurs de bénéficier d'un éclairage plus proche de la lumière du jour. Duracell est également présent sur le segment des batteries d'appoint pour appareils mobiles et a lancé aux USA une solution de recharge sans connexion câble sous le nom de MyGrid. Le lapin Duracell En 1973, aux États-Unis apparait pour la première fois le lapin rose jouant du tambour. Elle est reprise en France, en 1978 durant la période de Noël. Cette mascotte devient l'emblème de la marque et adopte une attitude sportive à partir de 1989. L'idée du lapin fut reprise par son concurrent Energizer la même année, il est connu sous le nom de Energizer Bunny3 mais n'apparait pas en Europe car remplacé par Mr Energizer. www.abcdelapile.fr distribue toute la gamme de piles et d’accumulateur de la marque Duracell et des autres grande marques de piles.

Le Videoprojecteur

Voici en quelques mots comment un videoprojcteur peux être expliqué. Vous trouverez sur www.abcdelapile.fr toutes les videoprojecteurs dont vous avez besoin.

 

Sourse: Wikipedia

Caractéristiques

Le contraste

Exprimé sous la forme d’un quotient « valeur en lux : 1 », soit la valeur en lux d’un signal blanc à 100 % moins valeur en lux d’un signal blanc à 0 %, le tout divisé par la valeur en lux d’un signal blanc à 0 % (un signal blanc à 0 % correspond à du noir).

Le taux de contraste est une des caractéristiques essentielles à prendre en compte dans le choix d’un vidéoprojecteur. Plus le taux de contraste est élevé, plus la qualité de l’image est optimale. Dans le choix d’un projecteur Home cinema, bien plus que la luminosité, c’est le taux de contraste qui assure la qualité de l’image. Un taux de contraste élevé permettra d’obtenir plus de détails dans les nuances et a priori des noirs plus profonds. Cela donne du relief à l’image et accentue ainsi la sensation de trois dimensions.

En Home cinema, un bon de taux de contraste doit se situer entre 2 000:1 et 4 000:1 en vidéo (à 6 500 K).

La luminosité

Exprimée en lumen :

La puissance lumineuse s’exprime généralement en lumens ANSI, unité de mesure normée par l’American National Standards Institute. Elle va dépendre du type d’utilisation. Plus la taille de l’image souhaitée est grande et la luminosité ambiante importante, plus le projecteur doit être lumineux.

• Utilisation Professionnelle

Tout dépend du type d’utilisation et en particulier du type de salle. Pour des présentations dans de petites salles de réunion, un projecteur avec 2 000 lumens suffira largement. En revanche, dans des grandes salles de conférences très éclairées, avec des écrans de grande taille, le projecteur doit être nettement plus lumineux pour projeter une image claire et lisible (au moins 3 000 lumens).

• Utilisation Home cinema

Dans le cadre d’une utilisation Home cinema, la taille de l’écran est généralement comprise entre 1,5 et 3 mètres de base. Comme dans un vrai cinéma, la qualité d’image est la meilleure lorsque l’obscurité est la plus complète possible. Pour obtenir une image d’excellente qualité, le projecteur doit afficher une luminosité comprise entre 600 et 1 500 lumens.

La définition

Exprimée en pixels :

Que ce soit en LCD ou DLP, chaque matrice est constituée de pixels, éléments de base de l’image. La définition de l’image va dépendre du nombre de pixels : plus ils sont nombreux plus la précision de l’image est censée être élevée.

Il convient néanmoins de choisir la définition de son projecteur en fonction de son besoin d’utilisation. Et les besoins sont très différents selon qu’on projette essentiellement de l’image informatique (présentations type Powerpoint, tableurs, etc.) ou de la vidéo (Home cinema).

Image informatique (utilisation professionnelle)

Le critère majeur de choix est la définition qu’affiche l’ordinateur qu’on connecte au projecteur. Avec les PC portables notamment, il est plus confortable de disposer sur le projecteur de la même définition que sur l’écran interne.

Principales définitions Data (normes VESA) :

• SVGA : 800 × 600
• XGA : 1 024 × 768
• WXGA : 1 280 × 800
• SXGA : 1 280 × 1 024
• WUXGA : 1 920 × 1 200
• QXGA : 2 048 × 1 536

Image vidéo (utilisation Home Cinéma)

Le besoin de définition dépend de celle de la source ainsi que de son rapport largeur / hauteur.

Définitions des principaux standards vidéos analogiques convertis en numériques :

• PAL/SECAM en 4/3 : 768 × 576
• PAL/SECAM en 16/9 et 576i : 1 024 × 576
• NTSC en 4/3 : 720 × 480
• NTSC en 16/9 et 480p : 848 × 480

Donc, globalement, si on se contente de regarder essentiellement de l’image télé classique en 4/3, un projecteur 4/3 de définition SVGA (800 × 600) suffira amplement, une définition plus élevée n’amenant pas un gain de qualité d’image significatif.

Si on regarde beaucoup de 16/9, une définition XGA (1 024 × 768) sera plus conseillée, surtout en PAL, ou alors un projecteur de matrice spécifique 16/9, dont l’offre s’élargit de plus en plus dans diverses définitions (848 × 480, 960 × 540, 1 024 × 576).

Si on dispose d’une source TV HD, un projecteur équipé d’une matrice haute définition s’impose. Comme pour l’image data, les signaux TV HD sont des signaux graphiques de très haute définition et toujours de format 16/9, d’une qualité très supérieure au PAL, SECAM et NTSC, avec lesquels ils n’ont rien de commun.

Définitions des deux principaux standards TVHD (USA et Japon) :

• 720p : 1 280 × 720
• 1 080i : 1 920 × 1 080 (entrelacée)
• 1 080p : 1 920 × 1 080

Le niveau sonore

Exprimé en décibels pondérés (dBA) :

Le niveau sonore est dû au bruit généré par le ventilateur chargé de refroidir la lampe de l’appareil. Sur la plupart des documentations des constructeurs, le niveau sonore est sous-estimé ou mesuré à l’opposé du ventilateur. Il est donc fortement conseillé d’essayer l’appareil dans les conditions voulues (et non dans un magasin).

Il faut retenir qu’une augmentation de 3 dBA double l’intensité sonore.

Pour un usage domestique (dans un salon par exemple), une valeur de 25 dBA est parfaite, avec 28 dBA comme maximum.

Technologies

Les vidéoprojecteurs LCD

Cette technique dérivée des écrans à cristaux liquides (qu’on retrouve dans les montres, les jeux, les écrans, etc.) date du début des années 1990 et n’a cessé d’évoluer. La lumière d’une lampe spéciale à vapeur de métal (ou lampe métal halide) traverse ou se reflète sur trois panneaux LCD correspondant chacun aux trois couleurs fondamentales : rouge, vert, bleu. Les trois images sont ensuite recomposées pour n’en faire plus qu’une, laquelle est alors projetée sur l’écran via un objectif.

On distingue trois technologies : Le « mono LCD », première technologie accessible pour le grand public (1994), dans laquelle un faisceau lumineux traverse un panneau à cristaux liquides équipé de filtres de couleurs ; sa résolution est divisé par 3 car il faut 3 pixels rouge-vert-bleu du panneau pour afficher 1 pixel à l’écran, cette technique bon marché est abandonnée depuis la fin des années 1990 en raison de ses faibles performances aux profits des « Tri LCD », où la lumière de la lampe est décomposée vers trois miroirs dichroïques rouge-vert-bleu puis renvoyée au travers de trois panneaux à cristaux liquides monochromes, alignés avec précision leurs images se recomposent dans un assemblage de prismes avant de traverser l’objectif.

Mono et Tri LCD sont des appareils dit « transmissif », la lumière doit traverser le panneau, par conséquent les circuits de commande sont logés entre les pixels ce qui génère une grille opaque visible à l’écran, résolution et luminosité sont donc limitées ; pour contourner le problème certains constructeurs incorporent au panneau des micro-lentilles qui concentrent la lumière sur chacun des pixels ; d’autres ont fait le choix de la technologie du « Tri LCD réflectif ».

Basé sur une architecture proche des classiques tri-lcd, les panneaux LCD réflectifs ou LCOS ont l’aspect de petits miroirs où les circuits de commande de chaque pixel ne se trouvent plus à côté mais derrière chacun d’eux, la grille bien que présente pour isoler chaque pixel reste invisible à l’écran. Résolution et luminosité peuvent être poussées à l’extrême et deviennent applicables pour les salles de cinéma. Leur noms technologiques diffèrent suivant les constructeurs : LCOS, nom générique (utilisé par EPSON), DILA (JVC), SXRD (SONY)¹.

Les avantages du tri LCD sont la définition, le prix, la luminosité, l’absence de réglages complexes (convergences calées en usine), l’absence de scintillement et de lignage¹.

Les inconvénients sont le contraste souvent faible (typiquement de 400:1 à 1 500:1), parfois compensé par un mécanisme qui réduit la lumière de la lampe automatiquement suivant les images et appelé IRIS, le rendu des teintes sombres, les pertes de lumière sur les appareils trop compacts, la rémanence (taux de rafraîchissement faible), la colorimétrie, la pixelisation¹. Un quadrillage (l’espace interpixels crée un effet de grille noir) visible de près (sauf sur les LCD réflectifs). Les cristaux liquides ne parviennent pas à bloquer complètement la lumière de la lampe (toujours allumée) sur les parties sombres de l’image, d’où des noirs grisés. Mais ce sont aussi les vidéoprojecteurs les plus répandus.

Les LCOS ont l’avantage de corriger tous ces défauts : contraste de 3 000:1 a 30 000:1, résolution en 2K (HDTV), 4K (broadcast), 8K (expérimental), niveau du noir très bas, puissance lumineuse très élevée pour les machines professionnelles ; taux de rafraîchissement élevé, couleurs réalistes. Ils ont l’inconvénient d’un tarif élevé.

Les vidéoprojecteurs DLP/DMD

Ils reposent sur la technologie DLP (Digital Light Processing) développée par Texas Instruments, où chaque pixel correspond à un micro-miroir actionné par un champ électrique : la partie active peut être intégrée dans une puce DMD (Digital Micromirror Device). Chacun de ces miroirs renvoie ou non la lumière de la lampe vers l’écran. Le rapport cyclique de cet état donne la luminosité de chaque pixel variable de 0 à 100 %. En outre, un filtre tricolore RVB en rotation, situé entre la matrice DLP et la lampe, permet de projeter successivement les trois composantes de l’image finale.

Les avantages sont le contraste, l’absence de rémanence, la luminosité, l’absence de pixelisation, le rendu des teintes foncées, les réglages¹.

Les inconvénients sont la perte lumineuse et la fatigue oculaire dues au disque coloré, et la perception par certaines personnes de petits « flashes » d’arc-en-ciel pendant la projection. C’est le « rainbow effect ». La technologie Tri DLP qui consiste à utiliser trois puces (une pour chaque couleur primaire) permet de supprimer ces problèmes. Les autres inconvénients sont les prix plus élevés que les LCD, la qualité d’image perfectible en référence aux tritubes (sauf tri-DLP 1 080 × 1 920 pixels), le bruit et la chaleur du système de refroidissement, la durée de vie de la lampe¹.

Les vidéoprojecteurs Tritubes (CRT)

Popularisés par la société Barco, ces appareils se composent de trois tubes cathodiques de petite taille (typiquement 5,5″, 6,5″, 7″, 8″ et 9″) à haute résolution et haut rendement, un tube pour chaque couleur primaire (rouge, vert, bleu). Chacun de ces tubes, au format 4/3, possède son propre objectif et l’image finale est obtenue par superposition des trois images primaires (synthèse additive) que l’on doit faire converger et déformer (correction de trapèze, de ballon) en raison de la position différente de chacun des tubes.

Ils ont pour avantages d’être dénués de structures visibles à l’écran (contrairement à la grille des écrans CRT ou des LCD) hormis la structure de l’image même (lignes visibles si elles sont en faible nombre). Les couleurs sont très fidèles si l’appareil est bien réglé et le taux de contraste mesuré sur le tube oscille entre 15 000:1 et 30 000:1 suivant les modèles (mesure qui chute en fonction de la clarté de la salle). Les plus petites tailles (7″ comme le SD130 ou SD187 et 07ms) d’où leur utilisation sur des machines de petites tailles comme les Barco série 7xx ou 6xx ainsi que sur les rétroprojecteurs de la série rd708 avec des images dune définition pour sur certaines machines à focus électromagnétique pouvant dépasser les 1280×1024 (nec 9pgxtra).

Les 8″ sont compatibles DATA et GRAPHICS. Tous les 8″ et 9″ sont compatibles avec les fréquences TV, HDTV et DATA/GRAPHICS (dans la limite de leurs circuits électroniques) et peuvent se voir adjoindre un multiplicateur de ligne (line doubleur video scaler en anglais voire quadrupleur) pour améliorer les sources vidéo de faible définition (Pal, Secam, NTSC). Plus les tubes sont de grande taille, plus ils sont lumineux et définis.

7″ (768 ×1 024), 8″ focus électrostatique (1 200 × 1 500, 1989-1996), 8″ focus électromagnétique (1 200 × 1 600 Barco, 1996-2002) (1 250 × 1 600 Barco, 2002-2007) (1 200 × 1 700 Sony, 1996-2002), 9″ focus électromagnétique (1 600 × 2 000 Sony, 1994-1998) (2 000 × 2 500 Barco-Sony-Electrohome, 1998-2007).

Les modèles les plus sophistiqués donnent des images d’un naturel comparable à la pellicule de cinéma.

Les inconvénients majeurs de cette technique, qui est la plus ancienne, sont dans son rapport poids/encombrement/luminosité très faible ainsi que dans la complexité des réglages de convergences électroniques et mécaniques pour superposer au mieux ces trois images, réglages qui se compliquent avec l’augmentation de la résolution, entraînant inévitablement un surcoût devenu tel que les constructeurs ont décidé d’abandonner cette technologie. On peut citer également une luminosité non uniforme (réglable sur les 9″ et certains 8″), le contraste qui ne peut s’apprécier que dans une salle noire à cause de la faible luminosité des machines (ce qui limite aussi la taille de l’écran à 2-3 mètres de base), le scintillement des lignes pour les sources en vidéo entrelacée ou les images en faible cadence (moins de 45 Hz), un recul important nécessaire avec les sources de qualités moyennes, le marquage du phosphore avec des images fixes intenses au bout de quelques dizaines d’heures¹.

Le prix du neuf en 2002 : le petit Barco 508, 7″ compatible TV, coûtait 7 000 euros ; le gros Barco 909, 9″ compatible TV-HDTV-DATA coûtait 100 000 euros

Les principaux constructeurs : Barco, Electrohome, Mitsubishi, Nec, Panasonic, Seleco (Sim2), Sony.

Les fournisseurs de tubes : Matsushita, Toshiba, Sony (VDC en rebuild), Thomson

Les vidéoprojecteurs Laser (DLP)

La technique la plus ancienne est celle du balayage à deux axes X-Y d’un faisceau laser sur un ou deux miroirs montés sur galvanomètre, similaire à la méthode de balayage d’un tube cathodique, elle présente l’inconvénient d’offrir une faible définition (moins de 100 lignes) due à la lenteur des galvanomètres d’où une utilisation limitée aux spectacles et dans les discothèques avec des images très géométriques en « fils de fer ». Mais c’est aussi celle retenue pour des applications nomades (picoprojecteur) comme l’intégration dans des PDA ou des téléphones portables de systèmes de projections monochromes ou couleurs ultra miniaturisés grâce aux technologies MEM. La miniaturisation des éléments permet une grande vitesse de balayage rendant possible l’affichage de signaux HDTV. La société Arasor en fait la démonstration sur un prototype de rétroprojecteur en 2007.

Les vidéoprojecteurs LCOS[modifier]

LCOS pour Liquid Crystal on Silicon, est une évolution des vidéoprojecteurs LCD . Le principe est d’utiliser une surface réfléchissante en silicium recouverte d’une couche de cristaux liquides, permettant de réfléchir ou de bloquer les rayons lumineux¹ comme le font déjà les systèmes concurrent DLP.

Les avantages sont la qualité d’image plus précise et contrastée, les couleurs souvent mieux rendues¹.

L’inconvénient est le prix plus élevé.

Les technologies hybrides

LASER + MATRICE

Une source lumineuse peut être générée par un trio de lasers R-V-B pour fournir une lumière idéalement équilibrée aux trois panneaux à cristaux liquides (LCD), ils remplacent la traditionnelle lampe. Cette solution a été choisie par le constructeur Sony avec un rétroprojecteur à matrices SXRD et par Mitsubishi pour son prototype de rétroprojecteur HD mais avec la technologie DLP de Texas Instrument (micro-miroirs) avec une seule puce et un affichage séquentiel des couleurs. Les avantages par rapport à l’utilisation de la lampe sont : faible consommation (-70 %), luminosité et colorimétrie étendue.

VALVE DE LUMIÈRE

RUBAN À DIFFRACTION .........GLV

Sony a développé le concept GxL sur une technologie à base de circuits GLV (Grating Light Valve). Trois rubans verticaux de 1 080 pixels se chargent de moduler la lumière de trois sources laser R-V-B en la diffractant grâce aux décalages de lamelles réflectives qui constituent chaque pixel, puis un miroir monté sur un galvanomètre balaye horizontalement la surface de l’écran pour déplacer l’image de la bande de pixels aux trois couleurs superposées, la persistance rétinienne faisant le reste. Une démonstration a eu lieu en 2005 au Japon sous le nom de « Laser dream theater » avec trois projecteurs dans un format d’image extra-large sur un écran de 10 m de haut sur 50 m de long. Capable d’un taux de contraste supérieur à 10 000:1, de fréquences élevées supérieures à 60 Hz, doué d’une colorimétrie deux fois supérieure aux meilleurs phosphores et en plus robuste, cette technique qui est aussi la plus coûteuse peut satisfaire les salles les plus exigeantes. La société E&S propose une solution comparable pour les simulateurs et les planétariums.

TUBE CATHODIQUE RÉFLECTIF ...ILA

Un tube cathodique est utilisé pour moduler à sa surface une couche de cristaux liquides pour faire varier la lumière incidente d’une lampe de forte puissance. La puissance lumineuse n’est plus liée au tube CRT mais à la lampe utilisée. L’image s’affiche de la même manière qu’avec un tritube avec toutefois un contraste, un taux de rafraichissement et des couleurs moins bonnes. Conçu pour les très grandes tailles d’écrans pendant les années 1980 par HUGUES-JVC, ce procédé est aujourd’hui abandonné au profit des DLP et LCOS.

Les vidéoprojecteurs DIY

Les vidéoprojecteurs DIY (Do It Yourself : « fais-le toi-même ») sont des appareils montés de manière artisanale. Un vidéoprojecteur « DIY » a besoin des éléments suivants :

• un système d’éclairage (les lampes de type HQI employées pour les aquariums sont les plus utilisées)
• deux lentilles de Fresnel (plaques en acrylique faisant office de lentilles convergentes et que l’on trouve dans les rétroprojecteurs) ;
• une dalle à cristaux liquides (provenant d’un écran d’ordinateur de type LCD) ;
• un objectif (appelé communément « triplet »).

L’avantage de ce système est l’adaptabilité, le faible coût de revient des consommables (ampoules HQI) et la possibilité de dépannage personnel.

L’inconvénient majeur reste le manque de luminosité comparé à un vidéoprojecteur industriel mais aussi la taille finale de l’appareil, en fonction de la dalle utilisée.

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Principe

Le boîtier d'une pile abrite une réaction chimique entre deux substances dont l’une peut céder facilement des électrons (matériau réducteur), et l’autre qui les absorbe (matériau oxydant). Chacune de ces réactions chimiques est dite « demi-réaction ». Lorsque qu'elles sont proprement combinées, elle forment une réaction d'oxydo-réduction. Chaque demi-réaction survient dans une solution où se produit un échange d'électrons. Ce sont ces électrons qui sont échangés entre les deux substances. Pour assurer l'équilibre des charges électriques, il faut relier les deux solutions à l'aide d'un pont salin, système qui permet le transport de certains ions tout en interdisant la circulation du solvant.

Chaque élément du couple oxydant/réducteur est relié à une électrode. Ces électrodes, lorsqu'elles sont reliées à un consommateur électrique, provoquent la circulation d'un courant électrique ; la réaction chimique provoque une circulation de charges (électrons, ions). Une pile fournit donc du courant continu. La borne (-) d'une pile correspond à l'anode où se produit la réaction d'oxydation qui va fournir les électrons. La borne (+) d'une pile correspond à la cathode où se produit la réaction de réduction qui va consommer les électrons.

Ce système est utilisé pour les piles électriques et les batteries d'accumulateurs, avec divers couples électrochimiques. Une pile électrique peut contenir plusieurs de ces couples montés en série, ce qui permet d'augmenter la tension disponible aux bornes de la pile.

Il est possible de réaliser une pile artisanale, par exemple en piquant dans un citron un trombone déplié ou un clou (en acier galvanisé, recouvert donc de zinc) et un fil électrique dénudé (en cuivre) reliés à une petite lampe ou une diode électroluminescente bien choisie¹. On trouve dans le commerce des gadgets qui utilisent ce principe : par exemple des petites horloges à quartz qui sont alimentées par une pomme de terre.

Histoire

Il existe des objets archéologiques, comme ceux trouvés en 1936, ressemblant à des piles. C'est le cas de la pile électrique de Bagdad qui est datée entre 250 av. J.-C. et 250 mais elles pourraient être encore plus anciennes et expliqueraient le placage si parfait de nombreux bijoux antiques si légers. Elles auraient fonctionné aux jus de fruits voire au sulfate de cuivre, des expérimentations modernes ont validé la faisabilité des deux modèles. Il n'existe aucun lien historique entre ces objets et le développement des piles contemporaines d'autant que l'usage de celles-ci serait le placage de métaux précieux ce qui expliquerait son usage mineur, confidentiel voire associé à un usage de faussaire (voir Archimède et la couronne du roi Hiéron)^2,3,4.

En 1786, Luigi Galvani observe que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent lorsquelle est mise en contact avec des métaux, de la même manière que lorsqu'on la branche sur une machine électrostatique. Il découvre que la réaction est plus forte quand il utilise un instrument composé de deux métaux différents.

En opposition avec les travaux de Galvani (électricité d'origine animale), Alessandro Volta invente la première pile à colonne le 17 mars 1800⁵ ; ces premiers systèmes étaient constitués d'un « empilement » de disques de deux métaux différents séparés par des disques de feutre, imbibés d'acide, d'où le nom de l'invention. La pression de la colonne sur les disques du bas provoque un assèchement des cylindres de feutre qui finissent par ne plus remplir leur office. Volta invente donc rapidement la pile à couronne, constituée d'empilements plus petits montés en série.

Quelques mois après l'invention de Volta, deux chimistes britanniques, William Nicholson (1753-1815) et Anthony Carlisle (1768-1840) utilisent la pile de Volta pour réaliser la première électrolyse artificielle (électrolyse de l'eau) le 2 mai 1800.

Dès 1802, William Cruickshank crée la pile à auge en disposant verticalement les lames de zinc et de cuivre dans un bac à parois isolantes rempli d'eau acidulée. Elle est beaucoup plus simple à produire que la pile de Volta.

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  La pile voltaïque, première pile électrique, inventée par Alessandro Volta, est composée d'une alternance de disques de cuivre et de zinc séparés par un tissu imbibé de saumure

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  Une pile d'époque

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  Schéma de fonctionnement de la pile Volta

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  Schéma de la pile Volta

Piles polarisables

Entre 1813 et 1815, William Hyde Wollaston développe la pile Wollaston dans laquelle l'électrode de cuivre entoure l'électrode de zinc. Cela permet de doubler la surface de l'électrode et de prolonger le fonctionnement de la pile. Ces premières piles souffrent en effet d'un défaut de fonctionnement : la polarisation.

La réaction d'oxydo-réduction provoque une accumulation de sous-produits qui perturbe le fonctionnement de la pile. Dans ces piles zinc-cuivre c'est la réduction de l'acide de l'électrolyte qui produit un dégagement de bulles de dihydrogène sur le cuivre qui empêche le passage du courant. Au bout d'un certain temps, il est donc nécessaire de nettoyer la pile de ces dépôts pour qu'elle continue de fonctionner.

En 1813, Napoléon fournit à l' École polytechnique une pile voltaïque de 600 couples de cuivre et de zinc, occupant 54 mètres carrés de surface. Humphry Davy fait construire une pile Cruickshank constituée de 200 auges et de 2 000 couples à l'institut Royal de Londres. Avec ces piles monumentales il était possible d'obtenir des intensités de 10 ampères, soit des puissances de l'ordre de la dizaine de kW.

Piles impolarisables

Dans les piles impolarisables, les produits de la réaction d'oxydo-réduction utilisée n'altèrent pas les propriétés électrochimiques de l'ensemble.

En 1829, Antoine Becquerel crée la première pile à deux liquides séparés en enfermant la plaque de zinc en solution acide dans un gros intestin de bœuf, qui la sépare de l'électrode de cuivre placée dans un bain de sulfate de cuivre. La génération d'hydrogène est remplacée par une accumulation de cuivre sur les parois de la cathode.

Le principe est amélioré en 1836 par John Frederic Daniell qui remplace l'intestin de bœuf par un vase en terre poreuse. La pile Daniell est la première à offrir une source durable d'énergie. Le principe de la pile Daniell sera amélioré : plusieurs améliorations technologiques suivront, comme les piles Callaud qui seront utilisées par les compagnies de téléphone dans les années 1860.

Johann Christian Poggendorff invente en 1842 la pile à bichromate : elle dégage de l'oxygène qui se recombine avec l’hydrogène responsable de la polarisation. Créée en 1850, la pile Grenet est une pile à un seul liquide, avec des électrodes en charbon et en zinc amalgamé (plongé dans le mercure) dans un électrolyte d'acide sulfurique et de bichromate de potasse. Quand la pile n'était pas utilisée, il était nécessaire de retirer l'électrode en zinc de la solution pour la préserver. Diverses améliorations (pile Trouvé, pile Chardin, pile Voisin et Dronier…) vont suivre pour isoler cette électrode.

Ces piles bouteilles seront utilisées jusqu'au début du XX^e siècle : la puissance et la tension élevée des piles au bichromate ont été longtemps appréciées au laboratoire. Elles ont été peu utilisées comme pile domestique à cause de la toxicité du bichromate et des problèmes d'entretien de l'électrode.

Piles à dépolarisation

Les piles à dépolarisation utilisent un réducteur pour éliminer les produits de réaction qui se forment à la cathode.

La première pile à dépolarisation est inventée en 1838 par William Robert Grove. Il remplace le cuivre par du platine et utilise de l'acide nitrique (nommé acide azotique à cette époque). Il obtient une pile puissante mais chère car le platine est un métal rare. En 1843 Robert Wilhelm Bunsen remplace le platine par du charbon ce qui réduit notablement les coûts. Mais la dépolarisation nitrique entraîne un dégagement de vapeurs toxiques qui rend l'emploi de ces piles malcommode.

En 1867, Georges Leclanché crée la première pile à dépolarisant solide : elle contient du dioxyde de manganèse. La pile Leclanché est moins puissante que la pile bouteille mais ne nécessite aucun entretien (elle « ne s'use que si l'on s'en sert » comme dira la publicité de la pile Wonder). En 1888, Carl Gassner invente la pile sèche en gélifiant la solution de chlorure d'ammonium avec de l'agar-agar. Avec quelques améliorations, cette pile sèche est toujours utilisée au XXI^e siècle.

Samuel Ruben et Philipp Rogers Mallory créent la pile au mercure pendant la Seconde Guerre mondiale. La première pile alcaline grand public sera conçue par Lewis Urry, Karl Kordesch et P.A Marsal en 1959 pour Union Carbide.

En 1970, les premières piles au lithium, qui permettent de remplacer le zinc par un métal plus réducteur, sont mises au point. Elles sont commercialisées en 1977.

Des piles ont été utilisées comme références pour définir une norme de tension avant d'être détrônée par une mesure basée sur l'effet Josephson : la pile Daniell, puis la cellule de Clark inventée en 1872 par Josiah Latimer Clark a été employée jusqu'en 1905, puis elle a été remplacée par la cellule de Weston jusqu'en 1972.

Piles de concentration

Il existe aussi ce qu'on appelle des piles de concentration qui sont des dispositifs électrochimiques comme les piles (deux solutions et un pont salin) qui tirent leur énergie de la différence de concentration d'un soluté d'une solution à l'autre. Les solutions et les anodes sont toutes de même type. C'est une méthode simple pour fabriquer de l'électricité. Ce modèle de pile intervient surtout dans l'industrie métallurgique au niveau de la galvanisation et de l'étude de la corrosion.

Classification

La plupart des cellules voltaïques sont limitées à 1,5 V, en raison des potentiels électrochimiques de leurs composants. Les cellules à base de lithium peuvent fournir des tensions plus élevées (jusqu'à 4,5 volts).

Par capacité

La capacité d'une pile est souvent exprimée en ampères-heures (1 Ah = 3 600 coulombs). Si une pile peut fournir un ampère (1 A) de courant pendant une heure, elle a une capacité de 1 Ah. Si elle peut fournir 1 A pendant 100 heures ou 2 A pendant 50 heures, etc., sa capacité est de 100 Ah. Elle est directement dépendante de la quantité d'électrolyte et d'électrode dans la pile.