La grenouille de Galvani

Deux métaux, et pas de grenouille

À Pavie, Alessandro Volta s’enthousiasme, puis remarque dès 1792 ce que Galvani a vu sans le retenir : l’arc de deux métaux différents contracte fort, celui d’un seul métal peu ou pas. La grenouille n’est pour lui qu’un électromètre ; la source est le contact des métaux. Il le montre sans animal, par un vieil essai de Sulzer : une feuille d’étain sur la langue, une pièce d’argent plus loin, dès qu’elles se touchent, un goût acide, tant que dure le contact. Volta classe les métaux et appelle force électromotrice ce qui pousse le fluide au contact.

Galvani réplique en 1794 par une contraction sans métal, le nerf d’une cuisse rabattu sur son propre muscle, là où il est entamé. Le fait est vrai ; Volta l’explique mal. Giovanni Aldini, neveu de Galvani, reprend la querelle. Volta empile un disque de zinc, un disque d’argent ou de cuivre, une rondelle de carton trempée de saumure, vingt fois, quarante fois ; la colonne secoue à volonté, sans frottement ni repos. Il aligne aussi des tasses d’eau salée reliées par des arcs de zinc et d’argent, sa couronne de tasses, et la secousse s’additionne. Le 20 mars 1800, il décrit les deux dans une lettre à Joseph Banks, président de la Royal Society, lue le 26 juin et publiée dans les Philosophical Transactions.

Ce qu’ils sont devenus

Galvani n’a pas vu la pile. Il refuse le serment à la République cisalpine, perd sa chaire et meurt en décembre 1798. Aldini promène le galvanisme en Europe ; à Londres, en janvier 1803, il passe le courant d’une pile dans le cadavre de George Forster, et la mâchoire du pendu remue. Volta montre sa pile à l’Institut de Paris en 1801, devant Bonaparte ; il sera comte, puis, en 1881, le volt. Banks fait circuler la lettre avant de la lire ; William Nicholson et Anthony Carlisle montent une pile d’après elle. Au début de mai 1800, ses deux fils plongés dans l’eau donnent de l’hydrogène et de l’oxygène : l’eau est décomposée. Faraday, en 1834, donne à cette chimie ses mots, Whewell aidant : électrode, électrolyte, ion.

La cellule, telle qu’on la lit aujourd’hui

Volta avait raison sur les deux métaux et tort sur la cause. Le contact seul ne donne pas de courant durable ; une matière doit se consommer, et dans la pile de 1800, c’est le zinc. Chaque atome qui passe en ion dans la saumure laisse deux électrons au disque ; ils s’en vont par le fil vers l’argent, où l’hydrogène de l’eau les prend et fait des bulles. Les bulles isolent l’argent et la pile faiblit : c’est la polarisation. Dans le carton mouillé, les ions bouclent le tour que les électrons ont commencé dans le fil ; aucun électron ne traverse l’électrolyte, aucun ion ne passe dans le métal. C’est le tour complet que la leçon 1.1 fait dessiner : les ions dedans, les électrons dehors.

La tension vient de là. Chaque métal dans sa solution a son potentiel d’électrode ; la cellule donne la différence : de l’ordre du volt pour le zinc et le cuivre, 3,7 V entre le graphite garni de lithium et l’oxyde en face, dans un pack d’outil. Kuphaldt dit la cellule ainsi : deux électrodes, un électrolyte, un potentiel propre au couple. Le lithium-ion n’est qu’un autre couple, dans un électrolyte sans eau, parce que l’eau se décompose dès un peu plus d’un volt ; Nicholson et Carlisle l’ont vue se défaire les premiers. Mettre des cellules en série, c’est refaire la couronne de tasses.

Galvani ne s’était pas trompé sur tout. Le nerf est excitable, et la contraction sans métal était un vrai courant, celui qui fuit d’un muscle coupé. Nobili le lit au galvanomètre en 1828 sans le reconnaître, Matteucci le mesure vers 1840, du Bois-Reymond le suit dès 1843 jusque dans le nerf, et un siècle plus tard on écrit le potentiel d’action. La cellule vivante tient à sa membrane, par une pompe, un déséquilibre de sodium et de potassium, quelques dizaines de millivolts : elle est elle-même une pile à ions. Galvani avait la bonne idée au mauvais endroit.

Les mots qui en restent

Le volt, adopté en 1881 au congrès de Paris, mesure ce que Volta goûtait sur sa langue. Galvani a laissé son nom au galvanisme, mot de Volta, au verbe galvaniser, d’abord secouer un corps par la pile, puis réveiller une foule, enfin zinguer le fer, et au galvanomètre. Le français a gardé l’empilement de Volta, la pile. L’anglais dit battery, le mot de Franklin pour sa rangée de vitres garnies de plomb, puis de bouteilles de Leyde, glissé sur la pile de Volta. En français d’ici, une pile est la cellule, une batterie l’assemblage, et à l’établi on dit le pack.