Electrolyse de l'eau par la méthode du condensateur

     Un expérimentateur souhaite quantifier précisément une quantité de production de gaz
dihydrogène et dioxygène par électrolyse de l'eau.

Il peut utiliser, entre autres, deux méthodes:

La méthode 'classique':
Connaissant la tension, l'intensité du courant et en fixant un temps précis d'électrolyse,
il peut en déduire combien de moles d'eau seront décomposées...
Cependant, la conductivité de l'eau pouvant varier au cours du temps ou érosion/corrosion des électrodes,
la régularité de la production peut être facilement faussée...

S'il souhaite plus de précision, il peut aussi utiliser un condensateur
en créant le montage suivant.

Il lui suffit, alors et seulement, de disposer d'une alimentation a tension constante et de connaitre
la capacité du condensateur en Farad. Il n'a pratiquement même plus à se préoccuper du temps
que mettra l’opération puis qu'une fois chargé, plus aucun courant ne pourra circuler dans le circuit.

Au départ de l'expérience, le condensateur est complètement déchargé.
Une fois le condensateur chargé à une tension précise (ou à sa charge complète), il sait exactement combien de
quantité d'électricité a traversé le montage pour charger ledit condensateur et donc en déduire la quantité de gaz produit...

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En électricité, on utilise couramment le Volt et l'ampère.
L'ampère est commode pour des courants qui ne fluctuent pas...
"Un courant d’un ampère correspond au transport d'une charge électrique d'un coulomb par seconde à travers un matériau"
Cependant, pour la charge de condensateurs, il est plus commode d'utiliser le Coulomb.
D’ailleurs, la détermination de la capacité d'un condensateur (le Farad) se détermine a partir du Coulomb.
La raison est bien simple:
Il est difficile de quantifier une charge de condensateur en Ampère puisque ce courant fluctue à chaque instant lors de la charge ou la décharge du condensateur.
On ne peut que quantifier la quantité d'électricité qui a été emmagasinée dans le condensateur
qu'à l'aide du Coulomb...
Cette unité de mesure nous servira d’ailleurs encore a quantifier le bilan électrolytique de la décomposition des molécules d'eau.
Bien entendu, on peut convertir les différentes unités:

-Le coulomb est la charge électrique (la quantité d'électricité) traversant une section d'un conducteur
parcouru par un courant d'intensité de un ampère pendant une seconde.
Un coulomb équivaut à 6,241 509 629 152 65 × 1018 charges élémentaires (environ 6,24 milliards de milliards).

-Un farad est la capacité d'un conducteur électrique isolé pour laquelle une addition de 6,241 × 1018 électrons  provoque une augmentation de son potentiel de 1 volt (aspect électrostatique).
Cette charge électrique composée de 6,241 × 1018 électrons représente en fait une charge électrique de 1 coulomb.
Vu autrement, la capacité d'un conducteur est son aptitude à stocker une charge d'un coulomb
pour chaque volt supplémentaire de son potentiel.
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Nous prendrons comme exemple un condensateur de 1 Farad (1000000 uF)
et une tension de 12 Volts.
Notre électrolyte:
(eau salée, conductivité ~ = 56mS/cm  (Siemens)    =  17.8  Ohms)

Pour la charge du condensateur, nous trouvons une constante de temps de 17.8 secondes.
Au bout de 4 fois cette constante de temps, notre condensateur est chargé a 98%, soit 71.2 secondes.
Il contient alors une énergie de 72 Joules ou 12 Coulombs.
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Donc, il faudra environ 89 secondes pour que le condensateur de 1 farad se charge à 12 volts à travers une résistance de 17,8 ohms.
Le condensateur est pratiquement chargé après environ 5 constantes de temps (5τ),
car à ce moment-là, la tension à travers le condensateur est très proche de la tension d'alimentation (plus de 99%).


Avec un montage 'classique',
12 Coulombs, cela correspond, sous 12 Volts et pour une résistance de 17.8 Ohms, à un courant de 0.674 A pendant 18 secondes.

Dans les 2 cas, cette même quantité d'électricité traversant notre électrolyseur, celui-ci décomposera les molécules d'eau pour donner:

- 6.22 x 10^-5 moles d'hydrogène.
- 3.11 x 10^-5 moles d'oxygène.

Bien entendu, avec un montage 'traditionnel', ou le conducteur est 'bouclé' directement de la borne positive
du générateur et le retour sur la borne négative dudit générateur, les choses s'arrêtent là...

Par contre, si nous utilisons un condensateur, on se rend compte que nous avons exactement produit autant de gaz avec la même quantité d'électricité que par un circuit 'traditionnel',
mais cependant, nous nous retrouvons avec un condensateur chargé à 98%, prêt a se décharger a travers
les électrodes de la cuve et donc, dans cette phase, re-produire autant de gaz sans utiliser le générateur...
En d'autre termes, nous avons utilisé une même quantité d'électricité pour produire le double de gaz.
La charge et la décharge du condensateur étant exponentielle, le temps du processus sera seulement plus long qu'avec l'emploi d'un montage 'traditionnel', mais nous ne sommes pas obligés d'utiliser la plage complète de charge et décharge du condensateur...