Le fluide de Franklin

Ce que l’idée expliquait

L’idée a tenu parce qu’elle expliquait bien. La bouteille de Leyde : la face interne du verre a un trop égal au manque de l’externe, on ne charge pas l’une sans dégarnir l’autre, et la décharge remet les deux à zéro. La charge ne se crée ni ne se perd, elle se déplace ; c’est la conservation de la charge, toujours vraie. Les boules de liège qui s’écartent disent un trop ou un manque, pas lequel, tant qu’on ne leur présente rien de connu. Le paratonnerre en découle : une pointe reliée à la terre doit soutirer doucement son fluide au nuage. À Marly, en mai 1752, une tige de fer isolée tire des étincelles d’un nuage d’orage : le nuage est chargé, la pointe le soutire, Franklin a raison sur l’essentiel.

Puis on bâtit dessus. Volta empile ses disques en 1800 ; Ampère, en 1820, fixe le sens du courant sur celui de l’électricité positive, du plus vers le moins ; Ohm écrit sa loi en 1827 ; Faraday, en 1834, suit les ions dans ses cuves. Pendant cent cinquante ans, chaque règle s’écrit avec une flèche qui ne demande à personne qui porte le fluide.

La particule au mauvais signe

En 1897, à Cambridge, J. J. Thomson étudie les rayons cathodiques, qui partent de la cathode d’un tube vidé d’air et font luire le verre où ils frappent. Dans un vide meilleur que celui de ses devanciers, il les dévie par un champ électrique, puis par un aimant, et en tire leur rapport charge sur masse. Pas la charge, pas la masse : le rapport des deux, près de mille fois celui de l’ion hydrogène. Ses « corpuscules » sont les mêmes quel que soit le gaz ou le métal de la cathode, et ils sont chargés moins. Thomson, à ce stade, ne dit rien du fil de cuivre.

Ce pas-là, d’autres le font. En 1900, Paul Drude propose qu’un métal est un gaz de porteurs libres, bientôt les seuls électrons, entre des atomes fixes, qui conduit chaleur et courant ; une hypothèse qui calcule bien. En 1916, Richard Tolman et T. Dale Stewart la mettent à l’épreuve : ils lancent une bobine de cuivre, la freinent net, et les porteurs continuent sur leur lancée. Un galvanomètre voit passer ce courant d’inertie : son signe est négatif, son rapport charge sur masse celui de l’électron. Dans un fil, ce qui coule va du moins vers le plus. Franklin avait perdu son pari.

Pourquoi la flèche n’a pas bougé

On n’a rien changé, et ce n’est pas par paresse. Le courant est une grandeur avec un signe, et moins trois vers la gauche vaut plus trois vers la droite : la même charge traverse la section du fil chaque seconde. Ohm rend la même tension, Kirchhoff boucle de même, le moteur tourne du même côté, la résistance chauffe autant. Kuphaldt, qui écrit tout son manuel en sens des électrons, le dit : affaire de notation, pas de physique, et il faut savoir lequel un livre a fait.

La convention a un autre mérite : elle ne prend parti pour aucun porteur. Dans une cellule, des ions positifs traversent l’électrolyte dans le sens de la flèche pendant que les électrons passent par le fil ; dans un semi-conducteur, les trous vont du plus vers le moins. La flèche de la diode suit la convention. À l’établi, le multimètre fait comme Franklin : il compte un fluide qui entre par la pince rouge et sort par la noire, et met un moins devant si c’est le contraire.

Les mots qui restent

Le fluide a disparu, ses mots sont restés. Positif et négatif, plus et moins, charger et décharger un corps, tout cela est de Franklin. La batterie aussi : il appelait ainsi sa rangée de vitres garnies de plomb, puis de bouteilles de Leyde, reliées comme une batterie de canons, et le mot a glissé sur la pile de Volta puis sur le pack à l’établi. Chaque fois qu’on lit un signe au multimètre, on parle encore la langue d’un homme qui s’est trompé de sens et a eu raison sur presque tout le reste.