La bouteille de Leyde
Si l’électricité est un fluide, on doit pouvoir la mettre en bouteille. C’est l’idée toute simple qu’ont eue, chacun de son côté, deux hommes de l’hiver 1745-1746. Le verre retient l’électricité, Gray l’a montré ; un flacon de verre devrait donc la garder comme il garde l’eau. Comment on en était venu à croire à ce fluide, de l’ambre à la ficelle de Gray, c’est l’histoire d’avant, celle qui finit sur Franklin. Celle-ci commence dans une petite ville de Poméranie, près de la Baltique.
Le 11 octobre 1745, à Cammin, Ewald Georg von Kleist, doyen du chapitre de la cathédrale, prend une fiole de pharmacie, y verse un peu d’alcool ou de mercure et enfonce un clou dans le bouchon jusqu’au liquide. Il tient la fiole dans une main et approche le clou d’une machine à frotter. Puis il touche le clou de l’autre main. La secousse lui traverse le bras et l’épaule. Il écrit à quelques savants de Berlin et d’ailleurs, mais sa description est confuse, et ceux qui essaient n’obtiennent rien. Ils posent la fiole sur une table au lieu de la tenir. Kleist avait pourtant noté que l’effet ne vient que dans la main, mais sans comprendre pourquoi, et sa recette insiste sur autre chose, une fiole bien sèche et chaude.
Quelques semaines plus tard, à Leyde, en Hollande, la même idée court dans le laboratoire de Pieter van Musschenbroek, professeur de physique à l’université. C’est un visiteur, Andreas Cunaeus, un avocat passionné d’expériences, qui reçoit le premier coup, chez lui, en tenant à la main un verre d’eau où plonge un fil relié à la machine. Il le tient à la main parce qu’il ne sait pas qu’on fait autrement. Musschenbroek refait l’expérience en janvier 1746 et la reçoit à son tour, en plein corps.
Le 20 janvier 1746, il écrit à Réaumur, à Paris. Il raconte le verre dans la main droite, la main gauche qui approche du conducteur, et le coup qui le frappe dans les bras et la poitrine. Il a cru sa dernière heure venue. Il ajoute, en traduction libre, « on m’offrirait le royaume de France que je ne reprendrais pas un tel coup ». Réaumur passe la lettre à l’abbé Nollet, qui la lit à l’Académie des sciences. En quelques semaines, toute l’Europe savante veut sentir le coup de Leyde.
Nollet donne au flacon le nom qu’il porte encore, la bouteille de Leyde, et il en fait un spectacle. Au printemps de 1746, à Versailles, devant Louis XV, il fait passer la décharge d’une seule bouteille dans cent quatre-vingts gardes qui se tiennent par la main, et toute la compagnie saute en même temps. Il recommence chez les chartreux de Paris, sur une file de moines reliés l’un à l’autre par des fils de fer, longue de plus d’un kilomètre et demi. Le saut est simultané d’un bout à l’autre de la file, et personne n’arrive à mesurer le temps que met le coup à passer.
Ce qui faisait la différence entre Kleist, qui sentait le coup, et ses correspondants, qui ne sentaient rien, c’était la main. L’eau dedans, la main dehors, et entre les deux une paroi de verre mince qui ne laisse rien passer. La machine charge l’eau, et la main qui enveloppe le verre reçoit, de l’autre côté, de quoi lui répondre. Posée sur une table de bois sec, la bouteille n’a pas cette seconde face, et elle se charge à peine. On comprend vite qu’on peut remplacer la main par une feuille de métal collée sur le verre, puis l’eau par une autre feuille à l’intérieur. La bouteille de Leyde prend la forme qu’on voit dans les musées, un bocal habillé de métal dedans et dehors, une tige qui sort du bouchon.
Franklin la reçoit avec le reste, en 1747, et l’explique avec son fluide unique. Quand on charge la bouteille, dit-il, il entre dans la face intérieure exactement autant de fluide qu’il en sort de la face extérieure. Un côté est en trop, l’autre en manque, et du même montant. C’est pourquoi une bouteille dont la face extérieure est isolée refuse de se charger, puisque rien ne peut en sortir. Quand on relie les deux faces par un fil, ou par un corps humain, le trop court vers le manque, et il ne reste rien. Les deux charges s’annulent. Le plus et le moins de Franklin, que la leçon 1.1 raconte, ont trouvé dans cette bouteille leur meilleure preuve.
Restait à savoir où loge la charge. Tout le monde pense qu’elle est dans l’eau, puisque c’est l’eau qu’on électrise. Franklin vérifie en 1748. Il charge une bouteille, verse son eau dans une autre bouteille, et la seconde ne donne aucun coup. Il remplit la première d’eau neuve, et elle secoue encore. Il refait l’essai avec une vitre prise entre deux plaques de plomb, qu’il soulève, touche et remet en place ; la vitre seule garde la charge, conclut-il. Le métal et l’eau, pour lui, ne font qu’amener la charge au verre et la reprendre. Les salles de classe refont aujourd’hui cette expérience avec une bouteille démontable, dont on retire les deux gobelets de métal avant de les remettre, et le coup est toujours là. On sait aujourd’hui que la conclusion de Franklin ne vaut pas pour un condensateur ordinaire. La charge y loge sur les armatures, et le verre ne fait que se polariser ; si la bouteille démontable garde son coup, c’est qu’au démontage, sous la haute tension, de petites décharges au bord des gobelets ont déposé la charge sur la surface du verre.
Dans une lettre datée de 1748 et signée en avril 1749, Franklin décrit onze de ces vitres garnies de plomb, reliées ensemble pour donner un coup plus fort. Il appelle l’assemblage une « batterie électrique », comme on dit une batterie de canons, des pièces qui tirent ensemble. Le mot est resté. Il a passé aux piles qu’on groupe, puis à la batterie de l’auto et au pack de l’outil, qui ne gardent pourtant plus leur charge à la façon d’une bouteille.
Reste le nom de l’objet lui-même. En 1782, Alessandro Volta décrit un instrument fait pour rendre sensible l’électricité la plus faible, deux disques de métal séparés par une mince couche isolante. On y amasse lentement une petite charge, puis on écarte un disque, et elle se montre. Volta l’appelle condensatore, parce qu’il y condense, croit-on, le fluide électrique, l’y rend plus dense qu’un conducteur seul ne le pourrait. L’anglais a dit condenser pendant un siècle et demi avant de passer à capacitor ; le français a gardé le mot de Volta. Le fluide a disparu des livres, le mot est resté. Le condensateur porte le nom que lui ont donné ceux qui croyaient condenser un fluide.
Sur l’établi, il n’a pas changé de principe. Kuphaldt, au chapitre 13 de son premier volume, le décrit comme deux conducteurs, les armatures, séparés par un isolant. C’est la bouteille, aplatie et roulée. La charge qu’on y met est une quantité qu’on accumule et qu’on rend, et elle se partage toujours en un plus sur une armature et un moins égal sur l’autre. Elle se rend d’un coup quand on relie les deux faces. C’est pour cela qu’on décharge les gros condensateurs d’une alimentation ou d’un ampli avant d’y mettre les doigts, et Musschenbroek, mieux que personne, aurait pu l’écrire.
Et ensuite ?
- L’électricité avant Franklin. De l’ambre à la ficelle de Gray, comment on en est venu à croire à un fluide qu’on voudrait mettre en bouteille.
- La leçon 1.1, La charge et son mouvement. Le plus et le moins de Franklin deviennent la charge et le sens conventionnel, et l’électron arrive en 1897.
- Le condensateur. La leçon qui viendra mesure ce que la bouteille garde, et donne à sa capacité son unité, le farad.
L’électricité avant Franklin
Avant d’être une chose qu’on mesure, l’électricité a été une curiosité de salon pendant deux mille ans.
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.