Comment fonctionne une pile électrique et qui l’a inventée en 1800 ?

La pile électrique transforme directement une réaction chimique en énergie électrique. Son invention est attribuée à Alessandro Volta, qui met au point la pile voltaïque en 1800. Pour la première fois, les savants disposent d’une source d’électricité continue et relativement portable, au lieu de dépendre principalement de machines électrostatiques produisant des décharges brèves. Cette innovation ouvre une nouvelle étape dans l’étude de l’électricité et fournit un instrument essentiel aux expériences de physique et de chimie.

Le rôle des électrodes et de l’électrolyte

Une pile repose sur une réaction d’oxydoréduction, c’est-à-dire sur un échange d’électrons. Elle comporte deux électrodes, souvent constituées de métaux différents, ainsi qu’un électrolyte : une substance contenant des ions et permettant le déplacement des charges à l’intérieur de la pile. Dans une pile de type voltaïque, le métal le plus réactif, notamment le zinc, s’oxyde : ses atomes libèrent des électrons. Ces électrons ne traversent pas directement l’électrolyte ; ils passent par le circuit extérieur, où ils peuvent alimenter un appareil, puis atteignent l’autre électrode. À cette dernière, une réaction de réduction consomme les électrons. Les mouvements d’ions dans l’électrolyte complètent le fonctionnement interne du dispositif et permettent à la réaction globale de se poursuivre. Tant que les réactifs ne sont pas épuisés et que le circuit est fermé, la pile fournit un courant électrique continu.

La structure de la pile voltaïque

La première pile conçue par Volta était formée d’un empilement de disques de zinc et de cuivre, séparés par des morceaux de carton ou de tissu imbibés d’une solution conductrice, par exemple une solution saline. Chaque ensemble zinc-électrolyte-cuivre constituait une cellule élémentaire. En reliant plusieurs cellules en série dans une même colonne, Volta additionnait leurs différences de potentiel et obtenait une tension plus élevée qu’avec un seul couple de métaux. C’est cette superposition qui a donné son nom à la « pile ». Le dispositif était alimenté par une réaction chimique et non par une charge électrostatique préalable : il pouvait donc fournir une tension de manière continue pendant son utilisation. Cette continuité ne signifiait toutefois pas que l’énergie était illimitée, puisque les métaux et l’électrolyte finissaient par se transformer ou par s’épuiser.

Alessandro Volta et l’impact de son invention

Alessandro Volta, physicien italien, invente la pile voltaïque en 1800 et fait connaître son dispositif cette année-là, notamment par une communication adressée à la Royal Society de Londres. L’invention fournit alors aux chercheurs une source régulière de courant, ce qui facilite des expériences impossibles ou très difficiles à réaliser avec les dispositifs électrostatiques antérieurs. La pile permet notamment de développer l’électrolyse, procédé qui utilise le courant pour provoquer des transformations chimiques. Elle joue ainsi un rôle important dans les travaux ultérieurs de chimistes comme Humphry Davy, qui s’en sert pour étudier et isoler certains éléments. La pile voltaïque marque donc le début d’une ère électrique fondée sur une production continue et contrôlable du courant, même si son fonctionnement présente rapidement des limites, comme la polarisation des électrodes et la corrosion. Ces difficultés conduiront ensuite à la mise au point de piles plus performantes, sans changer le principe général d’une conversion de l’énergie chimique en énergie électrique.