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La Soupape électrolytique
Ce dispositif a été développé au début du siècle dernier pour recharger les batteries d'accumulateur.
Il permettait de fabriquer du courant continu à partir d'une source de courant alternatif (Réseau électrique domestique).
Principe de fonctionnement
Il est basé sur le phénomène électrochimique suivant :
Lorsque l'on fait passer du courant dans une cuve électrolytique pourvue de 2 électrodes - une en plomb et l'autre en aluminuim par exemple - on observe que le courant circule facilement dans un sens - celui ou l'aluminium est cathode - mais très difficilement dans l'autre - celui ou il est anode.
Le phénomène s'explique par la formation d'une couche d'oxyde (alumine) qui isole le métal et offre une grande résistance à la circulation du courant.
Le comportement est le même avec d'autres métaux proches tels le titane ou le tantale.
Ce "redresseur chimique" a été largement employé par les particuliers dans les années 1920/1930, pour obtenir du courant continu à partir du réseau alternatif et recharger les batteries des premiers postes de T.S.F..
Ce dispositif était facile à construire à peu de frais, par un amateur, pour réaliser l'installation de faible puissance nécessaire à la charge des batteries d'accumulateurs pour la TSF. Cette simplicité a sans doute été à l'origine de sa grande popularité.
La soupape électrolytique se compose donc d'un couple d'électrodes (une électrode en plomb et une en titane ou en tantale) qui plongent dans une solution conductrice acide.
Voici la recette pour en faire une :
L'électrolyte sera fait à partir d'une solution diluée d'acide sulfurique dans laquelle on rajoutera une solution étendue de sulfate ferreux (3 g dans 200cm3 d'eau distillée).
Attention aux risques de brulures que peut provoquer l'acide sulfurique ! Prenez les précautions nécessaires et ne laissez pas les enfants ou ados manipuler seuls !
Le récipient en verre dans lequel plongeront les électrodes aura environ 50 mm de diamètre et 150 mm de hauteur. Un bocal à cornichons par exemple conviendra très bien pour cet usage.
On peut compter sur un débit de 4 mA/mm2 de surface d'électrode. Il ne faut pas dépasser 20 V par élément. Si la tension est de 220 V il faudra mettre en série une douzaine de cellules .... ça fait beaucoup de cornichons à manger !!
Vous pouvez aussi utiliser un transformateur abaisseur de tension !
Ce dispositif jouant un rôle de soupape et ne laissant passer le courant que dans un sens - d'où son effet redresseur - est appelé aussi valve électrolytique.
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Des couples Fer/Aluminium dans une solution basique (phosphate d'ammonium) ont aussi été utilisés.
Certains auteurs préconisent un couple plomb/aluminium dans une solution de phosphate d'ammonium à la dose de 75 grammes par litre d'eau.
La surface des électrodes sera dimensionnée sur la base de 1 dm2 par Ampère.
Pour recharger des batteries de 12 V, abaissez la tension du secteur avec un transformateur 24 V à point milieu (2 x 12 V) et montez 2 soupapes en prenant soin de réunir les bâtons d'aluminium au pôle + de l'accumulateur .... et donc le plomb côté pôle - (voir le schéma ci-dessous).
Chargeur de batteries 12 V
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Le schéma ci-dessus à gauche, montre un montage redresseur électrolytique à deux alternances. A droite une application pratique sous la forme d'un chargeur de batteries 6 V (automobile) qui était commercialisé par BALKITE, un constructeur américain , dans les années 1925/30. Les électrodes sont contenues dans un réservoir unique en verre. L'électrolyte préconisé était une solution concentrée de Borax (acide borique).
Applications industrielles de puissance
Des solutions industrielles d'assez forte puissance ont été développées, tel cet ensemble de soupapes électrolytiques pour courant polyphasé de construction DUCRETET - Paris.
Cet appareil appelé aussi clapet est réalisé suivant le modèle de FARIA.
Il comporte un électrolyte constitué par une solution neutre de phosphate d'ammonium qui circule en permanence autour d'électrodes en aluminium.
Cette circulation de l'électrolyte a plusieurs effets :
- elle évite une polarisation rapide de l'électrode,
- elle assure un refroidissement par convection du liquide
- elle protège l'électrode en plomb de l'encrassement par les produits en suspension,
cause d'une baisse de rendement de l'appareil.
D'autres appareils dérivés du modèle de Faria ont été commercialisés comme la Soupape Nodon qui mettait en oeuvre un couple fer/aluminium.
En utilisant quatre cellules montées en pont (montage de Gratz) il était possible de redresser les 2 alternances du courant alternatif et d'obtenir avec ces dispositifs un rendement de l'ordre de 75 à 80%.
Chargeur pour batteries de chauffage de poste de TSF
Voici un petit appareil domestique qui avait pour fonction de recharger les batteries de 4V dites de chauffage des postes de TSF de première génération (1920/1930).
Le schéma de cet appareil est tout simple. Il comporte une seule cellule de redressement et produit du courant continu de 4V à partir de la tension du secteur abaissée par un petit transformateur.
La cellule est constituée par un petit bocal en verre (7 cm de hauteur) dans lequel 2 électrodes viennent tremper dans une solution acide.
Le boitier en acajou, de belle facture, dispose de larges ouvertures pour permettre le refroidissement de la soupape qui chauffe en fonctionnement.
Cet appareil qui date des années 1925/1930, permettait aux auditeurs qui disposaient déjà chez eux du courant alternatif (en général 110 V 50 Hz), de maintenir la charge des batteries de chauffage des lampes.
Il s'agissait d'une solution simple économique même si le rendemet de ce genre de redresseur n'était pas très bon.
Un grave inconvénient de ce genre d'appareil restait quand même le fait qu'il comportait un électrolyte acide (acide sulfurique), dangereux à manipuler et corrosif en cas de coulures dans un meuble de salon ou sur un tapis de salle à manger.
Certes direz-vous à juste raison, les batteries présentaient le même inconvénient !
Le développement de cellules "sèches" (oxyde de cuivre, sélénium) puis bien sûr des diodes semi-conducteurs viendra rendre ses appareils complètement obsolètes.
Chargeur à soupape électrolytique
pour batteries 4 V de T.S.F. (vers 1930).
La valve électrolytique est visible sur la gauche à l'intérieur du boitier.
Un petit transfo abaisseur de tension 110V/4V est caché dans la partie droite.
Sources :
- - Tout Sans Filistes - Editions Système D - N° 13 du 13 septembre 1928
- - Encyclopédie Pratique de Mécanique et Electricité - Henri DESARCES - QUILLET Editeur - PARIS - 1924