■ Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons. Son espèce conjuguée, le réducteur, est capable d'en capter. Ils forment ensemble un couple oxydant / réducteur.
Une transformation d'oxydoréduction s'opère lorsque des électrons sont échangés entre l'oxydant d'un couple et le réducteur d'un autre couple.

■ Une transformation d'oxydoréduction qui se déroule dans deux demi-piles distinctes permet de profiter de l'échange des électrons dans un fil électrique, c'est-à-dire d'exploiter du courant électrique.
La transformation s'opère spontanément et cela tant que le réactif limitant n'a pas été totalement consommé.

■ Les ions, porteurs de charges électriques, sont capables de transporter des charges électriques en solution. Une solution ionique est donc conductrice d'électricité.

Une transformation est spontanée si elle se déroule d'elle-même, sans intervention extérieure au système. C'est le cas par exemple des transformations d'oxydation et de réduction à l'oeuvre dans les piles. L'énergie chimique stockée dans les espèces chimiques du système est alors convertie en énergie électrique.
Dans le cas d'une transformation spontanée, `Q_r` varie pour tendre vers `K`. Ex. d'un système chimique formé d'un mélange gazeux de dihydrogène et de dioxygène, appartenant aux couples `(O_2 // H_2O)` et `(H^+ // H_2)`. Spontanément, les demi-équations suivantes ont lieu :

soit
Le dioxygène et le dihydrogène réagissent ensemble, ce qui produit de l'eau.

Il est possible de forcer le système à évoluer dans le sens opposé toutefois. On parle alors de transformation forcée. Dans le cas des transformations d'oxydation et de réduction, il faut pour cela forcer le sens du courant électrique dans le sens contraire, en s'aidant pour cela d'un générateur électrique. Ainsi, l'énergie chimique dépensée par le générateur est convertie en énergie chimique.
On emploie pour cela un électrolyseur. En poursuivant l'exemple précédent, il sera donc possible, au moyen d'un courant électrique, de consommer de l'eau et de produire du dioxygène et du dihydrogène.

Un électrolyseur est un récipient équipé de deux électrodes métalliques pour acheminer le courant électrique. Ce récipient est rempli d'une solution électrolytique (capable de laisser circuler le courant). L'ensemble est relié par les électrodes à un générateur électrique.
Sur le schéma, deux tubes à essai ont en plus été renversés pour collecter les gaz formés aux électrodes.

À l'extérieur du générateur, les électrons circulent dans les fils électriques et les électrodes, du pôle - du générateur vers le pôle +, comme d'habitude (le courant électrique est bien orienté quant à lui du pôle + vers le pôle -).
Dans la solution électrolytique, ce ne sont plus les électrons qui circulent, mais les ions. En raison des charges électriques, les cations, chargés + et représentés en rouge, circulent vers l'électrode reliée au pôle - du générateur. Les anions, chargés - et représentés en vert, circulent vers l'électrode reliée au pôle + du générateur.

À l'électrode négative

Des électrons arrivent en grand nombre dans l'électrode, fournis par le générateur. Ces électrons sont pris en charge par l'espèce chimique en solution, ici l'eau, qui va les capter grâce aux ions `H^+` qu'elle contient. Elle joue donc ici le rôle d'oxydant, on s'intéresse donc au couple `(H^+ // H_2)` :

L'oxydant du couple capte des électrons, ce qui produit le réducteur conjugué, il s'agit d'une demi équation de réduction. Donc l'électrode négative est ici une cathode. Observez comme les deux mots en gras commencent par une consonne.

À l'électrode négative

Des électrons sont libérés, regagent les fils électriques et circulent jusqu'au générateur. Donc cette électrode produit des électrons. L'eau y en cède. Elle y joue donc le rôle d'une espèce réductrice. On s'intéresse donc au couple `(O_2 // H_2O)` :

Le réducteur du couple cède des électrons, ce qui produit son oxydant conjugué, il s'agit d'une demi équation d'oxydation. Donc l'électrode positive est ici une anode. Observez comme les deux mots en gras commencent par une voyelle.

Équation globale de fonctionnement

Globalement, `2 H_2O -> O_2 + 2 H_2 `, ce qui est l'équation inverse de celle qui se produit spontanément.
Dans cette expérience, l'eau est donc découpée en deux sous l'effet de la circulation d'un courant électrique : voilà pourquoi on parle d'électrolyse.
Observez également que les quantités de gaz récoltées dans les tubes à essai vont du simple au double, ce qui confirme bien les nombre stoechiométriques établis dans l'équation de la réaction.

Charge électrique employée

La charge électrique utilisée au cours d'une électrolyse est

où `I` est l'intensité du courant électrique fourni par le générateur et où `\Deltat` est la durée de l'expérience (tant qu'il reste du réactif, bien sûr).
Cette charge électrique est liée à la quantité de matière en électrons qui a été consommée à la réduction, et cédée à l'oxydation : où `cc F` désigne la constante de Faraday, égale à `96 500 C//mol`.

Il est donc possible de convertir de l'énergie chimique en énergie électrique (pile) mais aussi de convertir de l'énergie électrique en énergie chimique (électrolyse). Il sera donc possible d'employer ces deux conversions de façon cyclique. C'est d'ailleurs le cas dans de nombreux objets du quotidien qui exploitent de l'électricité puis qu'on recharge (smartphone, casques, montre connectée, etc). Nous passons en revue quelques dispostifs de stockage de l'énergie chimique qui pourra être ensuite employée pour être convertie en énergie électrique.

La pile à hydrogène

La pile à hydrogène consomme du dihydrogène, fourni sous forme de bonbonne de gaz, du dioxygène présent en quantité dans l'air ambiant et produit de l'eau. C'est donc un générateur électrique qui n'émet pas de gaz à effet de serre. La difficulté reste cependant d'obtenir du dihydrogène et de le stocker sous pression, ce qui comporte des risques.

Les accumulateurs

Les accumulateurs sont des dispositifs électrochimiques qui peuvent tour à tour être employés dans la conversion d'énergie chimique en énergie électrique (décharge) ou dans la conversion d'énergie électrique en énergie chimique (recharge). C'est ce qu'on appelle dans la vie courant à tort des "batteries". Le terme batterie désigne en toute rigueur un assemblage de plusieurs accumulateurs en série, ce qui permet de sommer les tensions aux bornes de chacun pour obtenir une tension électrique globale plus importante.

Les organismes chlorophylliens

Comme de nombreux autres organismes, les organismes chlorophylliens consomment des espèces chimiques organiques et du dioxygène, ce qui produit du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et libère de l'énergie  c'est la respiration. Ce mécanisme est modélisable par des phénomènes d'oxydation et de réduction.

En revanche, les organismes chlorophyliens disposent d'une faculté bien spécifique qu'on ne retrouve pas ailleurs : la photosynthèse. Ce mécanisme consomme du dioxyde de carbone et de l'eau, puisés dans le milieu ambiant, et produit des sucres grâce à l'énergie fournie par la lumière. C'est donc le même phénomène d'oxydo-réduction, mais qui se réalise dans le sens contraire sous l'effet du forçage produit par l'exposition lumineuse.

Les sucres sont donc ici une forme de stockage de l'énergie prélevée dans la lumière.