Obtenir de l'hydrogène et de l'oxygène par électrolyse de l'eau. Les récupérer et créer de mini explosions ou une flamme extrêmement chaude si l'on en produit suffisamment et que l'on dispose d'un brûleur adapté.
Il s'agit d'un prototype fait avec des matériaux simples dont je disposais. Il existe bien d'autre façon de faire et des tutos sur internet. Je l'ai pensé pour l'intégrer dans un parcours énergie. Cela est destiné à de l'illustration, démonstration, bien que je pense que cela est réalisable en club, ministage ou avec avec des adolescents.
Difficulté
Expert
Durée
6 heure(s)
Disciplines scientifiques
Chimie, Electricité, Physique
Sommaire
- 1 Introduction
- 2 Étape 1 - Définition des termes
- 3 Étape 2 - Fabrication Alimentation Electrique
- 4 Étape 3 - Fabrication Electrode - méthode 1
- 5 Étape 4 - Fabrication Electrode - méthode 2
- 6 Étape 5 - Fabrication et Assemblage de l'électrolyseur
- 7 Étape 6 - Fabrication du bulleur
- 8 Étape 7 - Utilisation du multimètre
- 9 Étape 8 - Composition de l'électrolyte
- 10 Étape 9 - Test
- 11 Étape 10 - Utilisation au delà de quelques minutes
- 12 Étape 11 - Problèmes ?
- 13 Comment ça marche ?
- 14 Commentaires
Introduction
A l' heure de la transition Energétique nous parlons beaucoup de l'hydrogène. Or l'hydrogène n'existe pas à l'état pure sur terre. Pour en obtenir on doit l'extraire de molécules en contenant déjà. Notre industrie l'extrait principalement de ressources fossiles (95% de la production mondiale) notamment par le craquage du méthane (CH4) en le mettant dans de l'eau chauffée à près de 1000°C ce qui demande beaucoup d'énergie et qui en plus rejette beaucoup de carbonne (C). Une autre façon beaucoup moins répendu, très cher mais efficace et potentiellement moins polluante consiste à aller le chercher dans l'eau (H²O) par électrolyse. Potentiellement moins émettrice de C0² car tout dépend de la provenance de l'électricité qui sert à l'électrolyse (et là il y a aussi tout un sujet..). Il existe d'autres méthodes pour avoir de l'hydrogène mais pour le moment totalement anecdotiques.
Le rendement et le coût de la production d'hydrogène n'est franchement pas un avantage donc il est judicieux de se poser la question de à quoi va til servir ? Mettre de l'hydrogène partout n'est souvent pas le premier choix intelligent à faire.
Étape 1 - Définition des termes
Une Electrolyse de l'eau pour obtenir de l'hydrogène ça marche comment ?
On fait passer de l’électricité dans de l’eau (électrolyseur), cela a pour effet de casser la molécule d’eau H²0 pour obtenir du dihydrogène H² d’un coté et du dioxygène O² de l’autre. Il faut ensuite pouvoir récupérer ces gazs en sécurité (bulleur).
Pour contôler cette électricité on utilise un multimètre.
L'alimentation électrique: fournit l'électricité en courant continu (dc). au système
Le multimètre : Il permet de contrôler la puissance du système, On l'utilise en mode ampèremètre il se branche en série à la sortie de l'alimentation. Si l'on dispose d'une pince Ampèremétrique aucun branchement n'est nécessaire, celà fonctionne par magnétisme.
L'Electrolyseur
Il est étanche, c'est là que sont produit ces gazs.On y trouve :
- Les électrodes sont les moceaux de métal que l'on trempe dans l'électrolyte et par ou sortira l'électricité. il y a une électrode + (anode) et une - (cathode) . Il faut les multiplier pour obtenir un bon résultat. Les + et les - ne doivent pas se toucher.
- L'électrolyte est de l'eau (si possible distillée) dans laquelle on ajoute une matière qui facilitera la circulation du courant. Ici de la soude. Eviter le sel cela produit un gaz toxique.
Puis ces gazs passe via un tuyau vers le bulleur.
Le bulleur
C'est un élément de sécurité pour le matériel et les personnes. C'est un récipient étanche remplis d'eau qui reçoit les gazs venus de l'électrolyseur. Ils remontent dans l'eau et ressortent via un autre tuyau pour leurs utilisation. En cas de retour de flamme c'est le bulleur qui encaisse et empêche la flamme d'aller jusqu'à l'électrolyseur.
Étape 2 - Fabrication Alimentation Electrique
Ici j'utiliserais le 12Vdc qui me délivre maximum 17A.
Étape 3 - Fabrication Electrode - méthode 1
Cette méthode donne une électrode plus petite, nécessite moins de matériel et est plus rapide à la fabrication. Néanmoins elle est plus fastidieuse à fabriquer car les électrodes sont plus proches et les risques de court circuit sont important, l'entretien y est compliqué et elle est plus fragile.
Je ne vais pas develloper cette métode. Simplement quelques photos et ce lien vidéo:https://www.youtube.com/watch?v=Uz0REdjpJtI
Étape 4 - Fabrication Electrode - méthode 2
Plus longue à la fabrication et plus imposante elle est plus adaptée à une utilisation pédagogique car plus visuelle et solide.
Étape 5 - Fabrication et Assemblage de l'électrolyseur
Ici je décris la fabrication pour les électrodes méthode 2.
1 grand pot de confiture, tuyau 30cm, de la colle, 2 pièces de plastiques isolantes, 4 écrous/rondelles, fils électrique, tefelon.
Perçage
-Percer 2 trous (10mm) pour le passage des tiges filetées (6mm) de l'électrode. Les trous doivent être plus grands car le couvercle est en métal, si les tiges le touche elles seront en court circuit.
-Percer un trou au diamètre de votre tuyau.
Assemblage
- Mettre de la colle sur le dessus de la pièce qui maintient l'entraxe de vos électrodes. elles servira notamment d'étanchéité.
- Glisser vos électrodes dans les trous du couvercle, veiller à ce qu'elles ne le touchent pas
- placer vos 2 pièces isolantes telles des rondelles sur les tiges filetés, rondelle/écrou, serrez. Vos électrodes sont maintenant solidaire du couvercle.
- Glisser le tuyau dans le trou prévus, il dépasse de 1 cm sous le couvercle, coller dessus dessous.
Finition
- Connection des fils électrique : Sur les tiges filetées dépassant du couvercle, rondelle/ Fil/ rondelle/écrou, serrez.
- Etanchéité améliorée : placer du tefelon (sens horaire) sur le filetage du pot.
- Placer vos électrodes dans le pot, ça passe ?
Étape 6 - Fabrication du bulleur
1 petit pot de confiture, 2 valves de chambres à air, du tuyau, du tefelon
Selon vos valves : Grande, il faut la percer. Petite et tête en bas elle peut servir d'antiretour (de flamme) pour le tuyau de sortie.
Percer le couvercle au diamètre de vos valves, coller dessus/dessous.
Tefelon (sens horaire) sur le filetage du pot.
Étape 7 - Utilisation du multimètre
Pour ce qui suit la mesure du courant (A) est nécessaire.
- Mesure avec un multimètre : sélecteur en position Adc (ampère, continu), calibre 20A si pas automatique, brancher la fiche rouge sur la bonne borne.Il se cable en série. entre l'alimentation et l'électrolyseur. Vous êtes limité à 10 Ampère sinon vous l'endommagerez ainsi que vos fils.
- Mesure avec une pince ampèremétrique : c'est plus simple, pas de branchement, pas de limite. Elle fonctionne par magnétisme. Brancher normalement votre alim à l'électrolyseur et venez placer votre pince autour du fil.
Étape 8 - Composition de l'électrolyte
Proportion à titre indicatif..
Un grand pot de confiture contient à peu près 700ml.
- Verser 600ml d'eau distillée. L'eau normal fait l'affaire mais le systeme s'encrasse plus vite.
- Rajouter 5ml de soude, mélanger
- Immerger vos électrodes
-Le tout doit recouvrir les électrodes mais ne pas noyer le tuyau de sortie. à vous d'ajuster. Moins il y a d'air dans le pot mieux c'est (temps de purge cf dans la suite).
- Mettre sous tension (si ça coupe cf "problèmes?")
-La réaction commence, vous devriez avoir 3-4 amperes pour une alim pouvant ici 17A.
- Rajouter 1-2-3-4 ml de soude pour atteindre 7-8 Ampère.
- Il faut garder une marge car avec le temps le courant monte.
- ça y est c'est près, fermez bien votre pot.
Étape 9 - Test
Assembler le tout. Le tuyau de sortis du bulleur arrive dans un petit pots d'eau savoneuse.
- Mettre sous tension. dès lors surveiller l'ampérage.
- Des bulles apparaissent dans l'électrolyseur puis dans le bulleur puis dans l'eau savonneuse.
- Dans une petite ceuillère récupérer des bulles.Placer sur une flamme. Les bulles éclates mais il ne se passe rien et c'est normal car elles ne contiennent pas encore d'hydrogène, le système n'a pas encore purgé son air.
- Renouveller toutes les 15 secondes, au bout d'un certain temps on détecte une mini explosion , elle s'amplifiera jusqu'a devenir très surprenante !!
Étape 10 - Utilisation au delà de quelques minutes
- La température de l'électrolyseur monte, c'est normal.
- Le niveau d'eau monte dans le bulleur , c'est normal c'est du à l'évaporation dans l'électrolyseur.
- plus de bulle dans le bulleur, de l'eau à la sortie ? Trop d'eau dans le bulleur..
- Le courant monte avec le temps, c'est normal.
- L'ampérage dépasse les 10 A. si vous n'avez pas de pince ampèremétrique, couper sous peine d'endommager votre multimètre.
-Le courant monte rapidemement ? on s'approche du court circuit à cause de l'encrassememnt, des christaux qui se forment.
-Le courant s'approche de la limite de l'alimentation, couper.
-NETTOYER , en électrolisant dans de l'eau pure pendant 30s-60s.
-Verifier l'isolation entre vos 2 électrodes.
Étape 11 - Problèmes ?
Comment ça marche ?
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
-Au démarrage mon alim se coupe : c'est à cause du pic de courant au démarrage. Solution: mettre en route l'alimentation avant de la plonger doucement dans l'électrolyte. Ou modifier son alimentation...
- L'électrolyse fonctionne mais il n'y a pas de bulles dans le bulleur: Outre un tuyau bouché, il n'y pas suffisamment de pression de gaz pour contrer la pression de l'eau dans le bulleur, vérifier l'étanchéité de l'électrolyseur et/ou raccourcisser le tuyau arrivant dans le bulleur. Souvent les 2 sont liés (la pression de l'eau au dessus du tuyau dans le bulleur est trop importante pour l'étanchéité)
-L'alimentation fonctionne mais l'électrolyse ne fait plus de bulle : outre un problème de connexion le court circuit est atteind. Le courant choisit le chemin le plus facile et ne pas plus dans l'eau. Nettoyer en électrolisant de l'eau pure. vérifier l'isolation des électrodes.
Dernière modification 11/03/2023 par user:Antonydbzh.
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