Par électrolyse de l'eau, obtenir de l'hydrogène et de l'oxygène. Les récupérer et créer de mini explosions non dangereuse (néanmoins très impressionnante). Ou bien créer une flamme extrêmement chaude si l'on en produit suffisamment et que l'on dispose d'un brûleur adapté.
Il s'agit là d'un prototype fait avec du matériel simple dont je disposais. C'est améliorable, adaptable, ou l'on peut choisir d'autre méhodes... il existe de nombreux tuto..
Je l'ai conçu dans l'idée de l'intégrer à des parcours énergies. Il s'agirait plus à ce stade d'une maquette d'illustration et de démonstration bien que je pense qu'il soit possible de le réaliser en club, en mini stage ... 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 - Assemblage et Test
- 11 Étape 10 - Utilisation au delà de quelques minutes et fin
- 12 Comment ça marche ?
- 13 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. Une tension (V) minimum est nécessaire (environ 3 Velle dépend de beaucoup de facteur...). Le courant (A) est le facteur qui déterminera la quantité de gaz produit. Ici j'utilise un 12 V qui peut fournir 17A maximum,
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 ; il est limité à 10A. Si l'on dispose d'une pince Ampèremétrique aucun branchement n'est nécessaire et la limite de courant est bien plus élevée, 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. Dans l'idéal on utilise de l'inox, ici du zinc et tiges fileté en fer.
- 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
- Alimentation d'une tour de PC. Voir l'étiquette pour les voltages et ampérages disponibles.
- Ici j'utilise le 12 Vdc qui me permet 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
Cette méthode à l'avantage d'être plus pédagogique car le système est plus visuel, plus robuste, et le réglage, l'entretien y sont plus simples.
Matériel : une pièce en bois 1-2cm d'épaisseur, à peu près 8 plaque de métal, 2 ecrous/rondelles par plaque + 2 écrous/rondelles pour pièce de maintient + 2écrous et rondelles plastique isolantes pour le couvercle.
- Le dimensionnement de votre électrode dépendera des dimensions de votre pot.
- D'abord sa largeur pour les plaques de métal et pièce de maintient qui vous donneront l'entraxe de vos tiges filetées.
- Puis la profondeur du pot pour la longueur des tiges filetées + 3- 5cm.
Dans mon cas j'ai maximisé la largeur de mes plaques (plus grande que l'entraxe des tiges) ce qui multiplie les trous par 2, c'est pas obligatoire.
- Une fois vos dimensions déterminées percer votre pièce en bois à l'entraxe et au diamètre de vos tiges. Cette pièce permet le maintient du parallélisme entre les électrodes, l'ensemble est plus robuste que si seul le couvercle du pot assurait le maintient.
- Faite de même sur le couvercle du pot mais en perçant plus large que les tiges. Si elles font 6mm de diamètre percez à 10. Cela permet que les tiges ne rentrent pas en contact avec le couvercle qui est métallique et donc conducteur ce qui provoquerait un court circuit.
- Mettre de la colle sur la pièce de maintient (elle servira d'étanchéité), glisser vos tiges filetées à travers cette pièce et le couvercle. Faire dépasser de 3cm minimum au dessus du couvercle. Couvercle et pièce de maintient sont maintenant collé avec les tiges au travers, il faut maintenant serrer le tout avec écrou rondelle. ATTENTION coté couvercle, utiliser des pièces en plastiques isolante comme rondelle.
- A ce stade cela pourrait fonctionner mais pas idéalement.Il faut maintenant installer nos plaques pour multiplier les surfaces d'échanges.
- Découper vos plaques à dimensions.
- Reporter sur leur diamètre l'entraxe des tiges pour percer. centrer !
- Sur chaque plaque faire un trou au diamètre de la tige (6) et un à 10 voir plus grand. Un trou servira à la fixation l'autre à laisser passer l'autre tige sans la toucher.
- Maintenant il faut les fixer en quinquonce avec les écrous (2 écrous par plaque). Une + sur une tige, une - sur l'autre tige. Plus elles sont proches mieux c'est.
- Placer en le maximum. voilà c'est fait.
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/6 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.
- Insérer l'ensemble dans le pot, cela doit rentrer et sortir facilement. Ce qui est le cas si vous avez bien pris vos mesures.
Étape 6 - Fabrication du bulleur
1 petit pot de confiture, 2 valves de chambres à air, un tuyau 5-10cm, un tuyau 30cm du tefelon
- Selon vos valves : Grande, il faut la percer. Petite elle peut servir d'antiretour (de flamme) pour le tuyau de sortie. Attention tête en bas, soufflez dedans pour tester.
- Percer le couvercle au diamètre de vos valves, insérer à mi chemin, coller dessus/dessous.
- Connecter à une valve coté intérieur le tuyau 5-10cm qui plongera dans l'eau.C'est l'arrivée des gazs depuis l'electrolyseur.
- Connecter à une valve coté extérieur le tuyau 30cm pour qu'il aille du bulleur jusqu'a votre expérience (petit pot d'eau savonneuse ou bruleur ou...)
- insérer un petit bout de mousse au bout du tuyau (anti retour de flamme)
- Etanchéité : Tefelon (sens horaire) sur le filetage du pot.
- Remplir d'eau le bulleur sans immerger le tuyau de sortie.
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..
- - Revérifier l'isolation entre vos deux électrodes - Connecter votre alimentation aux électrodes via le multimètre.
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 - Assemblage et Test
Connecter le tuyau de l'électrolyseur au bulleur, fermer bien vos pots. Le tuyau de sortis du bulleur arrive dans un petit pots d'eau savoneuse accompagner d'une petite cuillère.
- 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 et fin
- Le courant monte avec le temps, c'est normal.
- 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..
- 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.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
- Les gazs circulent, ils remontent dans l'eau
- Il y a une pression, cela permet la circulation dans les tuyaux même qu'ils aillent vers le haut ou vers le bas. Si l'on bouche le tuyau de sortie, il n'y a plus de bulle dans le bulleur, la pression monte et l'étanchéiter est mise à l'épreuve.
- Les températures changent
- Les niveaux d'eau changent
- Le courant électrique augmentent
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.
Draft