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Les piles, des réservoirs d'électricité de formes et tailles diverses
Dernière mise à jour le 02/12/24
Dans nos sociétés modernes, disposer d'une alimentation électrique fiable est indispensable. Une panne de courant entraine l'arrêt immédiat des machines. c'est pourquoi les distributeurs d'énergie s'efforcent de maintenir la stabilité du réseau.
Les appareils mobiles demandent également une alimentation constante en énergie. C'est pourquoi les piles alcalines se sont imposées pour ce type d'appareils ; elles sont particulièrement adaptées aux appareils peu énergivores, en cas d'utilisation brève ou peu fréquente. Ces distributeurs d'énergie sont basés sur une technologie ancienne et éprouvée.
Découvrez ci-dessous le fonctionnement d'une pile moderne, de la pile bloc 9 V à la pile bouton, en passant par la pile LR03. Ces piles vous permettront d'alimenter vos lampes de poche, télécommandes, stations météo ou lecteurs CD portatifs.
Pile ou batterie, comment choisir ?
Qu'est-ce qu'une pile ?
Que contient une pile ?
Comment fonctionne une pile ?
Comparaison des types de piles
Comparaison des tailles de piles
Tableau de comparaison des piles spéciales
Questions fréquemment posées
Pile ou batterie, comment choisir ?
Est-il judicieux d'utiliser des batteries à la place des piles dans les appareils portatifs ? Il n'est pas possible de répondre à cette question de manière générale.
Les batteries NiCd ou NiMH sont soumises à une autodécharge importante (jusqu'à 60 % en un mois). Pour les appareils avec un faible facteur de marche mais un temps de disponibilité long, il est préférable d'utiliser des piles à la place des batteries.
Il s'agit par exemple des lampes de poche d'urgence, télécommandes de téléviseurs, capteurs sans fil pour stations météo ou systèmes domotiques.
En cas d'utilisation de l'appareil sur une longue durée, d'utilisation répétée ou si l'appareil est énergivore, il peut être judicieux d'utiliser des batteries.. C'est le cas par exemple des appareils sans fil utilisés sur les chantiers, des lampes de poche destinées les services de secours, ou les souris pour PC de bureau sans fil.
La plupart du temps, c'est à l'utilisateur de décider s'il préfère des piles ou des batteries. Dans une télécommande de modélsime, par exemple, il est préférable d'utiliser des piles si l'apparie lest rarement utilisé ; mais en cas d'utilisation plus intensive, il est plus économique de les remplacer par une batterie lithium-ions.
Qu'est-ce qu'une pile ?
Il y a plus de 200 ans, Alessandro Volta mettait au point la première pile avec cellules galvaniques, avec plusieurs plaques de zinc et de cuivre. Bien que très peu maniable, cette « pile à colonne de Volta », comme on l'appelait alors, a ouvert la voie à l'électrotechnique moderne. Le principe de fonctionnement de la pile reste le même aujourd'hui encore.
Une pile est un accumulateur d'énergie qui convertit l'énergie chimique stockée en énergie électrique par oxydation-réduction. Elle est constituée d'un boîtier comportant deux électrodes avec des potentiels de tension électrochimique différents.
Dans le cas d'une pile zinc-manganèse, la borne plus (la cathode) est en dioxyde de manganèse et la borne moins (l'anode) est en zinc. On utilise comme électrolyte de la potasse caustique concentrée (hydroxyde de potassium), dans laquellle on trempe les deux électrodes et le séparateur.. Les piles zinc-manganèse sont égaleemnt appelées piles alcalines au manganèse.
Comme elles ne sont pas réutilisables, les piles sont aussi appelées cellules primaires. En revanche, les piles rechargeables sont nommées cellules secondaires.
Dans la langue courante, les termes « piles » et « batteries » sont souvent utilisés de manière erronnée.. Ainsi, même les professionnels du secteur automobile parlent d'une batterie de voiture ou d'une batterie de démarrage, alors qu'il s'agit d'accumulateurs au plomb rechargeables.
Que contient une pile ?
La figure ci-contre montre la structure d'une pile alcaline au manganèse.
- Boîtier métallique avec borne positive sur le dessus
- Film extérieur avec marquage fabricant
- Dioxyde de manganèse (cathode)
- Rondelle d'étanchéité en plastique
- Plaque de base (pôle négatif)
- Séparateur d'électrodes
- Collecteur de courant
- Poudre de zinc (anode)
Différences avec les piles zinc-carbone:
Dans le cas d'une batterie zinc-carbone, le boîtier extérieur est en zinc. tasse extérieure était en zinc. Comme l'électrode en zinc se détériore lors de la décharge et se perfore, ces piles présentnet souvent des coulures lorsqu'elles sont usagées. C'est pourquoi ce type de pile a progressivmeent été retiré du marché.
Avec une pile alcaline au manganèse, le boîtier extérieur est , le bol extérieur est en métal et l'électrode zinc est placée au centre de la pile, ce qui permet d'éviter les fuites.
L'utilisation de substances chimiques différentes permet d'obtenir des tensions différentes.
Les différentes substances utilisables pour la fabrication d'électrodes de batterie ont des potentiels de tension chimique différents ; ainsi, la tension nominale peut différer d'un type de pile à l'autre.
- 1,35 V pour la pile oxyde de mercure zinc
- 1,5 V pour la pile alcaline
- 1,5 V pour la pile zinc-carbone
- 1,4 V pour la pile zinc-air
- 1,5 V pour la pile lithium-sulfure de fer
- 1,55 V pour la pile oxyde d'argent-zinc
- 2,9 à 3,7 V pour les piles lithium, en fonction du matériau de la cathode
Dans le cas d'une pile plate de 4,5 V ou d'une pile bloc de 9 V, plusieurs cellules individuelles sont commutées en série dans la batterie pour maintenir la tension la plus élevée.
Une pile plate de 4,5 V, est constituée de quatre cellules (3 x 1,5 V = 4,5 V) et une pile bloc de 9 V de six cellules (6 x 1,5 V = 9 V).
Comment fonctionne une pile ?
Dans une pile alcaline, l'énergie électrique est fournie par l'oxydation du zinc ou par la réduction du dioxyde de manganèse. Comme l'oxydation et la réduction se produisent en même temps, on parle d'une réaction redox. Les électrons ainsi libérés sont disponibles sur la borne négative de la batterie.
Lorsque la pile alimente un appareil, les électrons passent de la borne négative (anode) au pôle positif (cathode) via l'appareil par exemple une ampoule de lampe de poche. Pour équilibrer la charge, les ions hydroxydes de la batterie se déplacent de la cathode à l'anode. Les processus chimiques qui se produisent dans la batterie sont expliqués très clairement dans la vidéo ci-dessous.
Notre conseil pratique : tester une pile sans testeur
La décharge d'une pile alcaline consomme de l'eau, la pile est donc « sèche » à l'intérieur. Pour les piles LR06 (AA), un simple test permet de vérifier si la pile est pleine ou vide. Voyez comment procéder dans la vidéo ci-contre.
Avec une batterie pleine, l'électrolyte est encore sous forme de gel et amortit le choc sur le plan de travail. Lorsque la batterie est déchargée, l'électrolyte est solide et la batterie rebondit plusieurs fois sur le plan de travail.
Cette astuce fonctionne uniquement avec des piles LR06 (AA).
Comparaison des types de piles
Comme indiqué ci-dessus, les électrodes des piles peuvent être fabriquées à partir des substances chimiques les plus diverses, ce qui permet d'obtenir des tensions différentes. Chaque type de pile présente des avantages et des inconvénients spécifiques et est mieux adapté à certains domaines d'utilisation.
Piles zinc-carbone
Les piles zinc-carbone (ZnC) sont particulièrement adaptées aux applications les moins exigeantes, par exemple dans les télécommandes ou les horloges murales. Ces piles ne sont quasiment plus commercialisées et sont remplacées par des piles alcalines, moins coûteuses.
Avantages :
- bon marché
Inconvénients :
- risque de coulure
- pas de charge de courant élevée
Piles lithium
Les piles lithium (LiMnO2) garantissent une longue durée de vie et une tension constante des cellules. Elles offrent une grande fiabilité et conviennent donc pour de nombreux domaines d'utilisation, notamment les appareils énergivores comme les appareils photo, les Digicams, les caméscopes, les ordinateurs portables, mais également dans les détecteurs de fumée et les capteurs extérieurs. Les piles au lithium peuvent également être utilisées dans une lampe de poche d'urgence.
Avantages :
- capacité extrêmement élevée
- idéale pour les appareils à forte consommation de courant
- faible autodécharge (longues périodes de stockage)
- plage de température large (-40 à 60° C)
Inconvénients :
- plus chère ue les piles alcalines
Alcaline-manganèse
Les piles alcalines au manganèse (AlMn), appelées généralement piles alcalines ont une puissance élevée et une longue durée de vie. Le domaine d'utilisation le plus courant est celui des radios, des télécommandes, des jouets et des montres.
Avantages :
- capacité supérieure à celle des piles zinc-carbone
- capacité de charge plus élevée
- étanche
Inconvénients :
- plus cher que les piles zinc-carbone
- sensible à la température
Comparaison des tailles de piles
Pour bien choisir une pile, il convient de prendre en compte sa composition chimique et sa tension, mais également la taille et la forme de la pile, afin qu'elle puisse être insérée dans le compartiment à piles de l'appareil. La plupart des appareils fonctionnent avec des piles LR03 (micro AAA), LR06 (mignon AA), LR20 (D) ou bloc 9 V. Mais il existe de nombreux autres types de piles.
Piles standard
| Désignation générale | Norme ANSI | Tension nominale | Dimensions en mm | Dénominations |
|---|---|---|---|---|
| LR1 | N | 1,5 V | Ø x H 12 x 30 | LR1, R1, A1, UM5 |
| Micro | AAA | 1,5 V | Ø x H 10,5 x 44,5 | LR03, R03. AM4, UM4 |
| LR6 | R6 | 1,5 V | Ø x H 14,5 x 50,5 | LR6, R6, AM3, UM3, L91 |
| LR14 | C | 1,5 V | Ø x H 26,2 x 50 | LR14, R14, AM2 |
| Mono | D | 1,5 V | Ø x H 34,2 x 61,5 | LR20, R20, AM1 |
| Pile carrée 9 V | 1604D(PP3) | 9 V | L x L x H 26,5 x 17,5 x 48,5 | 6LR61, 6F22, 6AM6 |
| Pile plate 4,5 V | - | 4,5 V | L x L x H 67 x 62 x 22 | 3LR12, 3R12, 1203 |
Piles spéciales
| Désignation générale | Norme ANSI | Tension nominale | Dimensions en mm | Dénominations |
| Mini | AAAA | 1,5 V | Ø x H 8,3 x 42,5 | LR8, LR8D425, LR61, E96 |
| Pile spéciale | - | 3 V | Ø x H 21,8 x 74,6 | 2R10, 2R10R, 3010, 2010 |
| Flat Pack | A | 6 V | L x L x H 47 x 34 x 8 | 4LR61, 4018, 7K67, 866, KJ |
| Pile lanterne | 908D | 6 V | L x L x H 115 x 67 x 67 | 4R25, 4R25C, 430, GP908X |
| Pile A23 | V23GA | 12 V | Ø x H 10 x 28 | E23A, V23A, L1028, MN21,... |
Les petits appareils avec un boîtier compact, comme les montres-bracelets ou les thermomètres médicaux, fonctionnent souvent avec des piles boutons. Pour fabriquer ces piles boutons, il est possible là encore d'utiliser différentes substances chimiques pour l'électrode, afin de lui donner les propriétés souhaitées. La pile zinc-air par exemple était un type de pile bouton utilisé autrefois dans les appareils auditifs.
Tableau de comparaison des piles spéciales
Les piles spéciales sont souvent désignées par plusieurs appellations, ce qui entraine des confusions. C'est pourquoi nous avons récapitulé les différentes désignations de piles dans le tableau ci-dessous.
Piles alcalines/zinc spéciales
| Type de pile | Désignations |
| 10A | A10, E10A, V10A, V10PX, V10GA, L1021, L1022, MN10, G10A, GP10A, WE10A, UM10A, LR10A, K10A, 10AE, P10GA, PX10, EPX10, KX10, RPX10, R10A |
| 11A | A11, E11A, V11A, V11PX, V11GA, L1016, MN11, G11A, GP11A, WE11A, CA21, CX21A, UM11A, LR11A, K11A, K11A, 11AE, P11GA, PX11, EPX11, KX11, RPX11, R11A |
| 23A | A23, E23A, V23A, V23PX, V23GA, L1028, MN21, G23A, GP23A, WE23A, CA20, UM23A, LR23A, LRV08, RVO8, MS21, K23A, 8LR932, 8LR23, 3LR50, 23S, P23GA, VR23, VR23, X23, X23, X23 |
| 27 A | A27, E27A, V27A, V27PX, V27GA, L728, L828, MN27, G27A, GP27A, WE27A, CA22, UM27A, LR27A, K27A, 27AE, A27S, P27GA, EPX27, KX27, RPX27, HS3, NR43, EL812, REL8212, REL27 |
| 476A | A476, E476A, V4034PX, V476A, V476GA, L1325, V34PX, GP476A, W476A, UM476A, LR476A, K476A, 476AE, A476S, P476GA, EPX476, KX476, RPX476, 4LR44, 7H34, 5476GA, P476GA, E47476, KX476, KX476, KX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476, RPX476 |
| 544A | A544, E544A, V28PX, V28PXL, V28GA, V544A, L544, KS28, PX28A, WE544A, PX544A, GP544A, LR544A, K544A, K544AE, A544S, P544GA, KX544, RP544A, 4SR44A, 544AE, NZ44A, NZ44A, NZ44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P44A, P5444544A, P |
| Mini | AAAA, LR8, LR8D425, R8D425, LR61, E96, MX2500, V4004, V4761, MN2500, 25A |
| V74PX | MN154, 504, KA74, 220, 220A, 40474, 10LR54 |
| Pack plat 6 V | 4LR61, Flat Pack, 4018, 7K67, 866, 539, 1412AP, KJ, J |
| 4R25 | 4R25C, 430, GP908X |
| 4R25-2 | 4R25C, 430, GP908X |
| 4LR25 | MN908, PC915, 4R25-2P, 529, 908A, DC908, 4LR25Y |
| 4LR25-2 | MN918, PC918, 4LR25-24, 4R25-2C, EV31, R25-2, 731, 991, 1231, LR825 |
| 2R10 | 2R10R, 3010, 2010 |
| 6F100 | V439, 439, PP9 |
| U23PX | V23PX, EPX23, PX23, 4SR42, PX23S, RPX23A, 4N42, 4LR42, RPX23S, PX23A, KX23, RPX23, RX23 |
| U21PX | V21PX, EPX21, PX21, 3LR50, PX21S, RPX21A, RPX21S, PX21A, KX21, RPX21, UG-523, 3MR50, RX21, E523, BK-1, PC133A, 523 |
| TR164 | PX164A, S4164, EPX164A, E164, V164P, PX164, A32PX, HM-4N |
| U72PX | UG015, S4072, MN122, 15LR43, NM412, UG 015, 15F20, PX72, 412, 215, V72, V72PX, A72PX |
| PX27A | PX27, 4AG12, EPX27, 4AG13, S27PX, 4LR43, PX27S, 4SR43, 4NR43. U27PX, HS3C, RPX27S, RPX27A, RPX27, V27PX, KX27, HS-3 |
| LL4 | PS-LL4 |
| CR435 | BR435, type 435 broches, 435 PT |
Piles au lithium spéciales
| Type de pile | Désignations |
| 2CR5 | EL2CR5, KL2CR5, EL2CR5BP, RL2CR5, DL245, DL345, 2CR5M, 5032LC, 245 |
| CR2 | EL1CR2, KCR2, RLCR2, DLCR2, DLCR2B, DR2R, RLCR2-L, 5046LC, CR17355 |
| CRV3 | LB01, CRV3P, RB104358 |
| CR-123A | EL123AP, K123LA, RL123A, EL123A, DL123A, 5018LC, LR123, VL123, CR17345 |
| CR-P2 | EL223AP, K223LA, RLP2, EL223APBP, DL223A, 5024LC, VL223, CR223A, CRP2, CRP2P, CR17-33, CRP2S, PC223A, DL223, K223, PC223, 223 |