Deux charges, un atome

Frotte un ballon gonflé sur tes cheveux, puis pose-le contre le mur. Il y reste collé. Approche-le ensuite de ta tête : tes cheveux se dressent et le suivent, chacun bien écarté de son voisin. À l’œil, rien n’a changé. Qu’est-ce que le frottement a donné au ballon et à tes cheveux ?

Les Grecs connaissaient déjà la chose avec l’ambre, une résine fossile, la gomme d’un arbre très ancien durcie en pierre jaune. Frottée, elle attire les brins de paille. Bien plus tard, on trouve que le verre, la cire et beaucoup d’autres corps font pareil. On dit d’un corps qui attire ainsi après un frottement qu’il est chargé, et ce qu’il porte s’appellera sa charge électrique.

En 1733, à Paris, Charles du Fay voit que cette charge n’est pas d’une seule sorte. Une feuille d’or, assez légère pour bouger, touche le verre frotté et en prend la charge ; le verre la repousse alors, mais la résine frottée l’attire. Il en conclut qu’il y a deux électricités, celle du verre et celle de la résine. Deux corps chargés de la même sorte se repoussent, deux corps chargés de sortes contraires s’attirent.

Vers 1747, à Philadelphie, Benjamin Franklin n’en veut qu’une. Pour lui, toute matière contient un même fluide électrique, et le frottement en fait passer d’un corps à l’autre. L’un se retrouve avec du trop, qu’il appelle « plus » ou positif, l’autre avec du manque, « moins » ou négatif. Il met le verre frotté du côté du plus et, quelques années plus tard, la résine du côté du moins. Les deux électricités de Du Fay deviennent les deux signes d’une même charge.

Ce fluide, personne ne l’a trouvé. On a trouvé l’atome, le grain minuscule dont toute matière est faite, que tu as vu au secondaire. Au centre, le noyau porte des protons, chargés positivement, et des neutrons, sans charge. Autour se tiennent des électrons, bien plus légers, chargés négativement, que le noyau retient parce que les contraires s’attirent. Un atome laissé à lui-même compte autant d’électrons que de protons, si bien que les plus et les moins se compensent. Il est neutre, c’est-à-dire sans charge d’ensemble, et le mur, la table et tes cheveux le sont aussi.

Quand on frotte deux corps, les protons restent dans leurs noyaux. Ce sont des électrons, ceux que leur noyau retient le moins bien, qui passent de l’un à l’autre. Celui qui en gagne a plus d’électrons que de protons et devient négatif ; celui qui en perd devient positif.

Le verre frotté sur de la soie perd des électrons, la résine frottée sur de la laine en gagne. C’est pour cela que l’électron se dit négatif : il porte la charge que Franklin appelait moins. Franklin avait parié que le plus était le côté du trop ; le verre, en réalité, perd des électrons. On a gardé ses signes, et cela ne change rien aux règles, comme le raconte Les deux sens du courant.

Reviens au ballon. Frotté sur tes cheveux, il leur prend des électrons et devient négatif, et tes cheveux deviennent positifs. Chaque cheveu repousse ses voisins, chargés comme lui, et tous sont attirés par le ballon, de charge contraire. Le frottement n’a rien créé, il a déplacé des électrons de tes cheveux vers le ballon. L’étincelle à la poignée de porte, l’hiver, c’est une charge ramassée en marchant sur le tapis, un trop ou un manque d’électrons selon les semelles, qui saute d’un coup.

Le mur, lui, est neutre. Le ballon négatif repousse un peu vers le fond les électrons de chaque atome du mur, si bien que la surface en face de lui se retrouve avec un peu plus de protons que d’électrons, et le ballon y tient.

À retenir

La matière est neutre, avec autant d’électrons que de protons ; quand des électrons passent d’un corps à l’autre, qui en gagne devient négatif, qui en perd devient positif. Les charges semblables se repoussent, les contraires s’attirent.

À faire

Les exercices : d’abord les deux sortes de charge, ce que portent le proton et l’électron, et pourquoi une table est neutre ; puis le ballon au mur, deux ballons frottés sur le même chandail, l’étincelle de la poignée, la règle de plastique qui attire du papier neutre, et pourquoi frotter ne crée rien.

Le mot vient du grec êlektron, l’ambre. C’est la résine fossile qui, frottée, attire la paille ; Gilbert en tire « électrique » vers 1600, et de là « électricité ».

En 1891, l’Irlandais George Johnstone Stoney propose « électron » pour le plus petit grain de charge, qu’il a calculé sans jamais le voir. Thomson, qui trouve ce grain six ans plus tard, l’appelle « corpuscule ». C’est le mot de Stoney qui a gagné.

Ce qui bouge dans nos fils porte donc le nom d’une résine. En anglais, electron, le même mot sans l’accent.