L’électricité avant Franklin
Avant d’être une chose qu’on mesure, l’électricité a été une curiosité de salon pendant deux mille ans. Pour comprendre pourquoi Franklin a dû parier sur un signe, et pourquoi la flèche du courant va encore du plus vers le moins, il faut voir ce qu’on avait sous les yeux avant lui : pas un courant, pas une charge, une attraction.
Les Grecs savaient que l’ambre, cette résine fossile jaune qu’on polit en bijou, attire les brins de paille et les cheveux quand on vient de la frotter. On prête l’observation à Thalès de Milet, six siècles avant notre ère. L’ambre se dit êlektron en grec. Pendant deux millénaires, c’est à peu près tout ce qu’on en sait. L’aimant, qui attire le fer sans qu’on le frotte, intéresse davantage, surtout quand la boussole le met au service des marins.
En 1600, William Gilbert, médecin à Londres et bientôt celui de la reine Élisabeth, publie un grand livre sur l’aimant et y consacre un chapitre à l’autre attraction. Il frotte tout ce qui lui tombe sous la main et découvre que l’ambre n’est pas seul. Le verre, le soufre, la cire à cacheter, bien des pierres font pareil. Il invente un petit instrument, une aiguille légère posée sur un pivot, qui tourne vers le corps frotté et trahit l’attraction la plus faible. Pour nommer tous ces corps qui se comportent comme l’ambre, il forge un mot latin tiré du grec, electricus. Le mot « électricité » descend de là. Gilbert pense que le frottement libère une sorte de vapeur qui sort du corps et ramène vers lui les choses légères. Il sépare nettement cette attraction de celle de l’aimant, et c’est déjà beaucoup.
Dans les décennies qui suivent, on apprend à en fabriquer plus. Vers 1663, Otto von Guericke, le bourgmestre de Magdebourg que l’on connaît pour ses hémisphères et sa pompe à vide, coule une boule de soufre grosse comme une tête d’enfant, la monte sur un axe et la frotte de la main en la faisant tourner. La boule attire les plumes, puis les repousse une fois qu’elles l’ont touchée, et dans le noir elle luit. Vers 1705, Francis Hauksbee, à Londres, fait tourner une boule de verre vidée de son air et obtient dedans une lueur violette assez vive pour lire. On a des machines à électricité avant d’avoir la moindre idée de ce qu’elles font.
En 1729, un teinturier devenu savant par passion, Stephen Gray, change la question. Il frotte un tube de verre fermé par un bouchon de liège et remarque que le bouchon attire aussi, alors qu’on ne l’a pas frotté. Quelque chose est passé du verre au liège. Il plante dans le bouchon une baguette, puis une ficelle de chanvre, et l’attraction se retrouve au bout. Il allonge la ficelle. En juillet 1729, chez son ami le révérend Granville Wheler, dans le Kent, ils la tendent à travers une galerie, puis une grange, suspendue par des fils de soie, l’idée de Wheler, et la vertu électrique passe sur des centaines de pieds de chanvre. Quand ils remplacent la soie par du fil de laiton pour tenir la ficelle, plus rien n’arrive au bout : le laiton a tout laissé fuir. Gray vient de trouver que l’électricité se transporte, et que les corps se partagent en deux familles, ceux qui la laissent courir et ceux qui la retiennent. Nos conducteurs et nos isolants sont nés dans cette grange, même si les mots viendront plus tard ; « conducteur » est de Desaguliers, en 1739.
Pour le montrer, Gray suspend un garçon par des cordons de soie, à plat ventre dans l’air, approche le tube frotté de ses pieds, et des feuilles de métal s’envolent vers ses mains et son visage. L’expérience du garçon suspendu fait le tour de l’Europe ; à Paris, l’abbé Nollet la refait devant le monde et en fait l’image de son livre. La Royal Society lui donne sa première médaille Copley en 1731.
À Paris, Charles François de Cisternay du Fay reprend les expériences de Gray et y met de l’ordre. En 1733, il montre que presque tout peut s’électriser quand on le frotte, et que tout, les métaux compris, le devient au contact d’un corps électrisé, pourvu qu’on l’isole. Puis il observe une chose nouvelle : une feuille d’or chassée par un verre frotté est attirée par de la résine frottée, et inversement. Il en conclut qu’il existe deux électricités, celle du verre, qu’il appelle vitrée, et celle de la résine, résineuse. Deux corps chargés de la même sorte se repoussent ; de sortes contraires, ils s’attirent. C’est la première fois qu’on compte les électricités, et c’est à ces deux-là que la leçon 1.1 fait allusion quand elle dit « on croit à deux électricités ».
Reste la question à laquelle personne ne sait répondre : qu’est-ce qui se déplace le long de la ficelle de Gray ? On parle de vertu, de feu électrique, de fluide. L’idée d’un fluide, impondérable et invisible, que le frottement fait sortir des corps et que le fil transporte, s’impose sans qu’on l’ait jamais vu. Elle est commode, et elle explique à peu près tout ce qu’on observe.
En 1745 et 1746, deux hommes, Ewald von Kleist en Poméranie puis Pieter van Musschenbroek à Leyde, essaient de mettre ce fluide en bouteille. Un flacon, d’alcool chez l’un, d’eau chez l’autre, un clou qui y plonge, la main qui tient le flacon, le clou qu’on touche au conducteur d’une machine, puis le doigt qui approche du clou. La secousse jette le bras en arrière. Musschenbroek écrit qu’il ne recommencerait pas pour le royaume de France. La bouteille de Leyde garde l’électricité, la rend d’un coup, et l’on fait sauter des files entières de gens qui se tiennent la main. Le fluide est devenu une chose qu’on peut stocker, et une chose qui fait mal.
C’est là que Benjamin Franklin entre en scène, en 1747, avec un tube de verre reçu de Londres et une curiosité sans fond. Là où l’Europe compte deux électricités, il propose qu’il n’y en a qu’une : un seul fluide, en trop dans un corps et en moins dans l’autre. Il nomme l’excès « plus » et le manque « moins », explique la bouteille de Leyde comme un trop d’un côté du verre et un manque de l’autre, et parie que c’est le verre frotté qui a le trop. La suite, le pari perdu cent cinquante ans plus tard et la flèche qu’on n’a jamais retournée, c’est la leçon qui la raconte.
Et ensuite ?
- La leçon 1.1, La charge et son mouvement. Le fluide de Franklin devient la charge, le pari devient le sens conventionnel, et l’électron arrive en 1897.
- L’histoire : la bouteille de Leyde. Le premier condensateur, ce que Franklin en a compris, et le mot que Volta lui donnera.
La bouteille de Leyde
Si l’électricité est un fluide, on doit pouvoir la mettre en bouteille.
histoireLe fluide de Franklin
Le multimètre en série affiche un nombre avec un signe, et le signe dépend du côté où l’on a mis chaque pince.
histoireLa grenouille de Galvani
Le pack d’une perceuse montre des cellules de 3,7 V.
le carrefour1.1 La charge et son mouvement
Tout ce qui se rattache à cette idée, et les exercices.