Electricité

    a- Le citron électrique :


Fabriquer un citron électrique est sans doute la partie la plus originale et la plus révolutionnaire de notre TPE. En effet, il s’agit de la première pile biologique ayant été inventée dans le monde. Néanmoins, cette partie du projet a été pour nous la plus longue et la plus difficile à réaliser. Commençons par le commencement :

Idée de départ induisant le choix de notre sujet de TPE, il a donc été normal de débuter avec.
Durant la première séance nous branchons, dans un premier temps, un citron avec un multimètre afin de mesurer la tension et l'intensité du courant. Ainsi, nous comprenons rapidement qu’un citron produit un courant d’environ 1V et de 0,4 mA.
Ensuite, nous branchons trois citrons en série, dans lesquels on plante une lame de zinc et une lame de cuivre chacun. On obtient alors un courant de 2,93 V ce qui, hypothétiquement, devrait pouvoir allumer une DEL ou une ampoule à basse tension.
Circuit réalisé



Nous tentons dans un premier temps d'allumer une DEL. Est branché donc à la suite du circuit, toujours en série, la diode telle que le montre la photo ci-dessous. La DEL ne demandant pas une grande quantité de courant, il a été facile de l'allumer grâce à nos trois citrons.

     b- Comment le citron permet de créer un nouveau courant ?


Pourquoi le citron, en particulier, permet de créer un courant électrique? Telle est la question que nous nous sommes posés. D'après nos recherches, nous arrivons à l'explication suivante :

Nous savons que n’importe quel électrolyte, acide, basique ou solution saline, peut être utilisé comme solution conductrice. Or, le citron est constitué d’un jus acide riche en ions. Ces derniers permettent de faire  le pont entre les deux électrodes jouant ainsi le rôle d’un électrolyte.

Comment se crée donc ce courant ?


   L’atome de cuivre est plus attractif que l’atome de Zinc lorsqu’il s’agit des électrons (l’électronégativité est plus importante : celle du cuivre est de 1,9 et celle du zinc est 1,65). La mise en contact d’une lame de zinc et d’une lame de cuivre entraîne donc le déplacement de nombreux électrons de la lame de zinc vers la lame de cuivre. Concentrés dans le cuivre, les électrons se repoussent alors les uns les autres.
Or, la migration d’électrons ne se produit plus lorsque les forces répulsive (entre les électrons eux-mêmes) et attractive (qu’exerce l’atome de cuivre sur les électrons des atomes zinc) des électrons sont égales. Celle-ci (la migration), s’arrêtant assez vite, il n’est pas possible d’en profiter. C’est à ce moment là que le citron entre en jeu : Plongées dans ce dernier, dont l’acide citrique (richement constitué d’ions) est utilisé comme conducteur,  les lames, reliées par un fil conducteur à l’extérieur, alimentent un circuit continuellement en charges électriques sous l’effet de la réaction entre les électrodes et le jus de citron.
Ainsi, la production d’énergie se poursuit et nous permet d’en tirer profit. 

Allumer une DEL avec un citron est donc un succès.

c- La tension du citron électrique :


Dans un second temps, plus ambitieux, nous tentons d'allumer une ampoule. Nous débutons par le circuit à 3 citrons et une ampoule de 4v. Les 3 agrumes n'ont donc pas suffit pour produire un courant assez fort pouvant alimenter l'ampoule; de même pour le moteur testé par la suite.
La séance suivante, nous testons un circuit composé de 4 citrons avec la même ampoule mais en vain.



Nous procédons alors de la même manière avec un circuit en série composé de 12 citrons et d'une ampoule de 12v.


Le circuit présente une tension de 11,45V qui devrait théoriquement être suffisant pour éclairer partiellement l'ampoule. Néanmoins, lorsque l'on branche l'ampoule ou le moteur en série, en dérivation ou en parallèle (solution proposée par Mme Martinez), le récepteur ne s'allume pas, et plus étonnant encore, la tension s'annule complètement !

Pourquoi l'essai avec la lampe ou le moteur n'a-t-il pas marché ?

Nos professeurs encadrants n'ont pas pu nous fournir d'explication concrète à cet échec et leurs propositions n'ont pas aboutit à de résultat positif également. Néanmoins, nos recherches nous conduisent à proposer certaines explications. Ci-dessous, les quelques informations récoltées :

"Il serait sympa de pouvoir allumer une lampe à douille avec la puissance de votre nouvelle batterie au citron, mais malheureusement, elle n’est pas assez puissante. Si vous essayez d’allumer votre ampoule avec un tel dispositif, la tension entre les deux lames tombera tout de suite à 0 Volts. Sachant cela, si vous voulez démontrer que le courant produit par votre batterie est capable d’alimenter quelque chose, essayez avec un petit dispositif, comme un système LCD."

"Comme pour n’importe quelle batterie, aussi la batterie au citron a une durée de vie limitée. Les électrodes subissent des réactions de polarisation qui bloquent la production d’électricité. La force électromotrice (tension produite par la batterie) diminue et la batterie arrête de fonctionner. En général, ce qui a lieu est la production d’hydrogène sur l’électrode de cuivre et un dépôt d’oxyde apparaît sur la lame de zinc, mettant ainsi une barrière entre le zinc et l’électrolyte. Ceci est dû au fait que les électrodes sont polarisées. Pour parvenir à produire des batteries avec une vie plus longue, des voltages plus importants, et un courant plus important, il est nécessaire d’utiliser des électrolytes plus adaptés. Les batteries commerciales, en plus de leur électrolyte normal, contiennent des substances chimiques qui ont une affinité avec l’hydrogène; un des additifs se combine avec l’hydrogène avant qu’il ne polarise les électrodes."

Notre hypothèse est donc facilement déductible : D'un côté, nous supposons que nous n'avons pas produit de courant assez fort pour alimenter nos récepteurs. De l'autre, même en présence d'un courant suffisant, nous supposons que le fait d'avoir tardé à brancher les récepteurs a fait que les électrodes se sont polarisés bloquant ainsi la production d'électricité.


Le citron, une énergie naturelle certes mais pas réellement très efficace. S'il faut utiliser 12 citrons pour une petite ampoule de 12v, combien en faudra-t-il pour éclairer une pièce ?!
Le citron peut donc seulement être utilisé comme « roue de secours », pour nous dépanner. 




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