Alice
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Stockage d'énergie thermique

1. Introduction

Cette expérience montre qu'il est possible de stocker sous une forme chimique de l'énergie puis, plus tard, de récupérer cette énergie. La réaction est réversible à volonté et le produit utilisé n'est ni toxique ni polluant, ce qui en fait un moyen de stockage d'énergie écologique.

2. Matériel

  • Tube à essai
  • Source de chaleur (eau tiède ou chaude par exemple)
  • Thermomètre
  • Sulfate de sodium hydraté à 10 H2O (Na2SO4,10H2O)

3. Protocole expérimental

  • Dans le tube à essai, placer quelques spatules de sulfate de sodium hydraté. C'est une poudre incolore. Placer le thermomètre dans le tube ; il indique normalement la température ambiante.
  • Tremper le tube dans de l'eau chaude (il faut une température de l'eau supérieure à 40°C) pendant 5 minutes sans agiter. On observe l'apparition d'un liquide au dessus de la poudre et le thermomètre indique la température de l'eau.
  • Laisser refroidir le tube à température ambiante, inférieure à 20°C, par exemple en le trempant dans de l'eau froide, toujours sans agiter, pendant 5 minutes. Le thermomètre indique la température de l'eau froide et se trouve figé dans la poudre ; le liquide se trouve toujours au dessus de la poudre.
  • Mélanger le liquide à la poudre avec le thermomètre (sans le casser !) de manière à homogénéiser la solution. On observe alors une élévation de la température du mélange de 10 degrés en quelques secondes !

4. Explications

  • Le produit chimique Na2SO4,10H2O est un sel hydraté. Lorsqu'on apporte de la chaleur (au dessus de 40°C), les molécules d'eau se détachent du sel et viennent occuper l'espace au dessus de la poudre (cette eau contient tout de même du sulfate de sodium). Il s'agit d'une réaction endothermique (absorption de chaleur par la réaction chimique). Il serait possible de séparer la partie liquide de la partie solide par exemple en filtrant, et de conserver les deux éléments séparément.
  • Lorsque la température est redevenue basse, le liquide et le solide sont toujours sous cette forme. Mais lorsqu'on les mélange, la réaction entre le liquide (l'eau) et le solide (sulfate de sodium), dégage de la chaleur, ce qui peut donner une hausse de température d'une dizaine de degré en quelques secondes. Il s'agit d'une réaction exothermique (dégagement de chaleur par la réaction chimique). La chaleur dégagée correspond exactement à la chaleur absorbée au début de l'expérience.
  • On montre que de l'énergie (sous forme de chaleur ici) peut être stockée dans de la matière, puis restituée lorsqu'on en a besoin. On peut utiliser le même produit un très grand nombre de fois, sans polluer l'environnement puisqu'il n'est pas dangereux. De même, tant que les produits ne sont pas re-mélangés, l'énergie stockée est conservée et on pourrait la récupérer au bout d'un temps très long.
  • On pourrait par exemple imaginer un système qui emmagasine la chaleur lorsqu'il fait très chaud (en été) et qui la restitue lorsqu'il fait très froid (hiver).