3) Comment obtenir de l’énergie électrique ?

Si vous recourbez les extrémités d’un fil de cuivre jusqu’à en faire un
cercle, pensez-vous que les électrons libres circuleront ? Peut-être
gigoteront-ils un peu, sachant qu’ils ont la bougeotte, mais en l’absence
d’une force pour les entraîner dans un sens ou dans l’autre, il n’y aura
pas de courant.
Reprenons l’analogie avec le tuyau rempli d’eau : l’eau pourra fluctuer,
mais elle ne circulera pas d’elle-même. Pour établir une circulation d’eau
dans le tuyau, il faut de l’énergie, et cette énergie sera produite par une
différence de pression.
De manière analogue, dans un circuit, une source d’électricité
(d’énergie) est nécessaire pour déplacer les électrons. Cette source
pourra être, par exemple, une pile ou une cellule photovoltaïque. Quant
à l’énergie électrique délivrée par vos prises de courant, elle est produite
par votre compagnie d’électricité et peut provenir de différentes sources.
Une source d’électricité, qu’est-ce que c’est, exactement ? Comment
peut-on « fabriquer » de l’énergie électrique ?
Toute source d’électricité convertit une autre forme d’énergie
(mécanique, chimique, thermique, ou lumineuse par exemple) en
énergie électrique. La technique utilisée pour produire l’énergie
électrique n’est pas sans importance, sachant que des sources de type
différent ne produiront pas toutes le même type de courant électrique. Il
existe en effet deux types de courant :
Le courant continu : Il s’agit d’un flux constant d’électrons dans
un sens unique, la force du courant variant très peu. Les piles et les
accumulateurs (appelés couramment batteries) produisent du
courant continu, et c’est le type de courant qu’utilisent la plupart des
circuits électroniques.
Le courant alternatif : Il s’agit d’un flux d’électrons dont le sens
s’inverse périodiquement, à une fréquence élevée. C’est le type de
courant que vous fournit votre compagnie d’électricité.
Le courant continu fourni par une pile
Une pile convertit l’énergie chimique en énergie électrique grâce à un
processus appelé réaction chimique. Quand deux métaux différents
baignent dans un certain type de substance chimique, leurs atomes
réagissent avec les atomes de cette substance pour produire des
particules chargées. Des charges négatives s’accumulent sur l’un desdeux morceaux de métal, et des charges positives s’accumulent sur
l’autre. La différence de charge entre les deux terminaisons métalliques
ou bornes (une borne étant tout simplement un morceau de métal sur
lequel on peut accrocher ou souder un fil métallique) est ce qui crée une
tension. Cette tension est la force qui permet de déplacer les électrons le
long d’un circuit.
Pour utiliser une pile, on relie une borne du récepteur – par exemple une
lampe électrique – à la borne négative de la pile (appelée anode) et
l’autre borne du récepteur à la borne positive (appelée cathode). On crée
ainsi un chemin par lequel les charges vont circuler. Dans un circuit, les
électrons se déplacent de l’anode vers la cathode. Au passage des
électrons dans le filament de l’ampoule électrique, une partie de
l’énergie électrique fournie par la pile est convertie en chaleur, et c’est
cette chaleur qui fait briller le filament.
Sachant que les électrons ne se déplacent que dans un sens (de l’anode
à la cathode, le long du circuit), le courant électrique produit par la pile
est un courant continu (voir Figure 2-1). Une pile continue de produire
du courant jusqu’à ce que toute la substance chimique qu’elle contient
ait été épuisée par le processus électrochimique. Les piles de formats
AAA, AA, C et D que vous avez sans doute l’habitude d’acheter
produisent une tension d’environ 1,5 volt. De leur différence de taille
dépend la quantité de courant qu’elles peuvent délivrer. Plus une pile
est grosse, plus elle peut fournir de courant et plus longtemps elle
durera. Un appareil plus gros a besoin d’une pile plus grosse, ce qui
revient à dire qu’une pile plus grosse donne davantage de puissance
(n’oubliez pas : puissance = tension × courant).
D’un point de vue technique, une batterie est un groupement d’unités,
en l’occurrence, des piles ou des accumulateurs. Une batterie de voiture
est constituée de six accumulateurs de 2 volts, reliés ensemble pour
produire une tension de 12 volts. Les différents types de piles et
d’accumulateurs, ainsi que la façon dont on peut les relier ensemble
pour obtenir une tension plus forte.
Ce symbole est couramment utilisé sur les schémas de circuits pour
représenter une batterie. Le signe + désigne la cathode, le signe –
désigne l’anode. Le voltage (indication de la tension) est généralement
inscrit à côté du symbole.