Les supercondensateurs

Dans l'édition 1987 du livre de première STI électronique, l'inspecteur général René MOREAU proposait déjà d'utiliser un condensateur de forte capacité (Condensateur NEC de 1 F / 5 V) pour entraîner un petit moteur susceptible de soulever une masse de 100 g par l'intermédiaire d'une poulie et mettre ainsi en évidence expérimentalement qu'un condensateur peut stocker et restituer de l'énergie(voir note1).

Dispositifs de stockage de l'énergie intermédiaires entre les accumulateurs électrochimiques et les condensateurs traditionnels, ces nouveaux condensateurs ont en effet commencé à être commercialisés à la fin des années 70 ( par NEC et MATSUSHITA)(voir note2). Leurs applications n'en sont qu'à leurs débuts mais touchent de nombreux domaines tant dans l'électronique de grande diffusion (alimentation de secours de mémoires, d'horloges temps réel, de microprocesseurs…) que dans l'électronique de puissance (sources localisées de forte puissance pour moteurs, relais ou servomécanismes…) Ils ouvrent des perspectives intéressantes aussi bien dans le domaine civil (véhicule électrique notamment) que militaire (canon électromagnétique, pistolet électrique…).

Pour un même volume, la capacité est 100 fois plus élevée que celle de condensateurs à diélectrique traditionnels. Leur puissance spécifique instantanée ( de 0,1 à 100 kW / kg suivant la technologie) peut être jusqu'à 100 fois plus élevée que celle des accumulateurs. Certes leur densité d'énergie est en général 20 à 50 fois plus faible (de 1 à 40 kJ / kg) mais, pour les meilleurs d'entre eux, elle est comparable de fait à la densité pratique d'un accumulateur au plomb étanche ( 10 à 15 Wh / kg maximum) dans le cas de décharges de courte durée (10 à 15 min)( voir note3).

La constitution d'un supercondensateur est semblable à celle d'un accumulateur électrochimique : deux électrodes et un électrolyte. Il en existe trois types principaux qui diffèrent principalement par la nature des électrodes (charbon actif, oxydes métalliques ou polymères conducteurs) et leur fonctionnement. Les plus répandus sont ceux du premier type (l'électrolyte est soit l'acide sulfurique soit un électrolyte organique) en raison de leur faible coût et de leur longue durée de vie due à leur fonctionnement complètement électrostatique.

Pour en savoir plus, on lira avec profit l'article "super" intéressant dont je me suis largement inspiré pour écrire le texte ci-dessus : " Principe, caractéristiques et applications des supercondensateurs" par Xavier Andrieu d'Alcatel Alsthom Recherche, article paru dans le numéro 13 de juin 1998 de la revue "3EI" éditée par la SEE.

C'est un condensateur du premier type de capacité 10 F que je propose d'utiliser pour une expérience de cours mettant en évidence le stockage de l'énergie électrique dans un condensateur.

REMARQUES sur l’expérience de cours

L'ensemble condensateur - moteur revient à moins de 100 F ce qui reste modique pour une expérience dont l'intérêt est évident. Le problème peut être de trouver une poulie adaptée à l'axe du moteur (2 mm de diamètre). C'est pourquoi malgré le prix un peu élevé nous donnons une adresse en page 3. Il y en existe certainement d'autres. En ce qui nous concerne, nous avons eu la chance de pouvoir la fabriquer sur place à l'atelier des sections de génie mécanique.

Avec une poulie de 6 mm de diamètre et le condensateur chargé sous 2,5 V, nous avons soulevé une masse de 100 g d'au moins 2 m ce qui représente un travail utile d'environ 2 J…qu'il peut être intéressant de comparer avec l'énergie cédée par le condensateur en notant les valeurs initiale et finale de la tension u pour en déduire le rendement de l'opération…et faire de la physique.