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La cellule au palladium de Pons–Fleischmann
Que montrent une tige de palladium, de l’eau lourde et un relevé de chaleur soigneux ?
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Qu'est-ce que je dois observer ?
Observez : C’est un modèle de remplissage. Il ne montre pas la fusion, n’explique pas le déplacement des atomes et ne reproduit pas la cellule du laboratoire.
Continue la lecture pour savoir pourquoi cela arrive.
La grande idée
Pons et Fleischmann ont transformé une petite cellule de métal en une question avec un livre de comptes d’énergie : d’où venait la chaleur supplémentaire ?
- fusion
- Quand deux minuscules noyaux se collent en un seul et libèrent une bouffée d'énergie.
- réseau cristallin
- La grille bien rangée et répétée où les atomes se placent dans un métal.
- deutérium
- Une forme lourde de l’hydrogène avec un proton et un neutron dans son noyau.
- calorimétrie
- Mesurer la chaleur assez soigneusement pour tenir un compte d’énergie.
En 1989, Martin Fleischmann, Stanley Pons et Marvin Hawkins ont étudié une petite cellule au palladium. La correction publiée de l’article a ajouté Hawkins à la liste des auteurs. Les chercheurs ont mesuré la chaleur et recherché des produits de réactions nucléaires.
La cellule contenait de l’eau lourde, dont l’hydrogène était du deutérium. Une tige de palladium était l’électrode négative, ou cathode ; le platine était l’électrode positive. Le courant électrique provoquait l’électrolyse, qui séparait l’eau et permettait au deutérium d’entrer dans le palladium.
Dans un métal, les atomes forment un arrangement répété appelé réseau cristallin. Le deutérium peut occuper des espaces entre les atomes de palladium. Le chargement indique la quantité de deutérium contenue dans le métal. Introduire du deutérium dans un métal n’est pas la même chose qu’unir ses noyaux par fusion.
Le compte de la chaleur
La puissance électrique qui entre dans la cellule est courant × tension : P_in = I × V. Le courant mesure la charge qui circule chaque seconde ; la tension, l’énergie par unité de charge. Une partie de l’énergie électrique devient de l’énergie chimique emportée par les gaz de l’électrolyse, au lieu de devenir de la chaleur dans la cellule.
Les chercheurs ont étalonné un calorimètre, un instrument de mesure de la chaleur, avec un chauffage connu. Ils ont relevé la température et l’entrée électrique, et comptabilisé la chaleur stockée dans la cellule, la chaleur perdue vers l’extérieur et l’énergie transportée par la matière qui entrait ou sortait. La chaleur stockée se compte une fois, pas comme deux pertes distinctes.
Ils ont rapporté une chaleur supérieure à celle prévue par leur compte électrochimique étalonné et appelé la différence enthalpie en excès. Le calorimètre suivait toute la cellule. Il ne montrait pas directement où se produisait un autre processus ni comment il fonctionnait.
Un taux rapporté
L’article de calorimétrie plus détaillé de 1990 a rapporté des taux de chaleur en excès d’environ 100 W/cm³ de palladium, pour des densités de courant proches de 1 A/cm². Les watts mesurent l’énergie par seconde ; ici, le taux est divisé par le volume de palladium. La densité de courant est le courant divisé par la surface de l’électrode.
Cela ne signifie pas que chaque cellule produisait 100 watts. La puissance totale en excès dépend du volume de palladium et du résultat de cet essai. Ce nombre n’est pas non plus le rendement d’une machine complète produisant de l’électricité.
Chaleur et produits nucléaires
L’équipe de 1989 a aussi rapporté des mesures de neutrons et de tritium. Un neutron est une particule nucléaire sans charge électrique ; le tritium est de l’hydrogène avec deux neutrons dans son noyau. Les taux de réaction déduits de ces mesures étaient trop faibles pour expliquer la chaleur rapportée par les réactions habituelles de fusion deutérium–deutérium.
Les auteurs ont donc proposé un autre processus nucléaire, sans l’identifier. Le résultat de chaleur et les mesures de produits nucléaires sont des preuves distinctes : mesurer l’un ne révèle pas le mécanisme qui manque à l’autre. La cellule décrite ici était une recherche en laboratoire, pas une activité à réaliser chez soi.
Sources : Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium, 10.1016/0022-0728(89)80006-3 ; correction publiée, 10.1016/0022-0728(89)80141-X ; article de calorimétrie de 1990, 10.1016/0022-0728(90)80009-U.