Overblog Suivre ce blog
Administration Créer mon blog
29 avril 2009 3 29 /04 /avril /2009 13:26
Eloge par Fontenelle


 

Histoire et mémoires de l'Académie des sciences (1739), 1741, p. 73-83








_________________________________________________________________

Notice par Henri Becquerel

 
 
 
link






______________________________________________________________________

 

Repost 0
20 avril 2009 1 20 /04 /avril /2009 07:36

L'Histoire de l'électron.

par Gérard Borvon





Thomson et la découverte de l'électron.


Joseph John Thomson (1856-1940) est né près de Manchester. Après ses premières années de scolarité dans cette ville il rejoint le Trinity College à Cambridge où il effectue de brillantes études de mathématiques appliquées à la physique. Nourri des théories de Maxwell, qui a été son professeur, il imagine, dès 1883, un modèle présentant l'atome sous la forme de tourbillons d'éther entrelacés. L'année suivante il est nommé professeur de physique expérimentale à Cambridge et placé à la tête du "Cavendish Laboratory" dans lequel, avant lui, Maxwell et Rayleigh avaient développé de rigoureuses pratiques expérimentales liées à la détermination des standards nécessaires au développement de l'industrie électrique comme, par exemple, la détermination de la valeur de l'ohm étalon initiée par le congrès international des électriciens de 1881.


J.J. Thomson est, quant à lui, plutôt attiré par la physique théorique. Ses premières réflexions sur la structure des atomes l'amènent à orienter le laboratoire vers l'étude des décharges électriques dans les gaz, étude dans laquelle son compatriote Crookes s'était déjà illustré. Le sujet de la nature des "rayons cathodiques" est alors l'objet de controverses entre les physiciens britanniques qui les considèrent comme constitués de particules chargées et les physiciens allemands qui y voient des ondes électromagnétiques se propageant dans l'éther. Héritier, à la fois, de Crookes et de Maxwell, Thomson se place ainsi au centre du conflit.


Son laboratoire développe un équipement et des savoir-faire appropriés : pompes à vide puissantes, tubes à vide de formes diverses... Quand, en décembre 1895, Röntgen annonce sa découverte des rayons X, les chercheurs qui y travaillent sont en mesure, non seulement de la vérifier, mais aussi d'imaginer des développements immédiats. Dès janvier 1896 ils constatent que les rayons X ionisent les gaz qu'ils traversent; ils peuvent donc, à présent, se dispenser des tubes à vide et travailler sur des gaz ionisés à la pression atmosphérique.


Parmi ses collaborateurs Thomson compte de précieux expérimentateurs comme Ernest Rutherford ou Charles Thomson Rees Wilson qui a mis au point une "chambre à condensation" dans laquelle de fines gouttelettes de brouillard se forment autour des particules de gaz ionisé. La mesure de leur vitesse de chute dans un champ électrique permettra d'en mesurer la charge et la masse.


En 1897, Thomson publie un article, devenu célèbre qui fait le point sur leurs premiers travaux. Après Perrin en 1895, il y décrit les rayons cathodiques comme formés de "corpuscules" arrachés aux atomes. Mesurant le rapport de leur masse à leur charge, il estime qu'ils ont une masse deux mille fois plus petite que celle de l'atome d'hydrogène et qu'ils sont animés d'une vitesse de l'ordre de 200 kilomètres par seconde. Plus tard le physicien allemand Emil Wiechert estimera cette vitesse entre le dixième et le cinquième de la vitesse de la lumière soit entre 30 000 kilomètres et 60 000 kilomètres par seconde. Par ailleurs la chambre de Wilson sera mise à contribution pour confirmer la faible masse de ces particules et mesurer leur charge électrique. Ces "corpuscules" seront plus tard désignés par le nom d'électrons, un terme initialement créé par le physicien irlandais George Johnstone Stoney pour désigner "l'atome d'électricité" intervenant dans les électrolyses.


Ces "électrons" ont cependant du mal à s'imposer tant leurs propriétés semblent extraordinaires. Un article de la revue "La Nature", daté de 1898, estime que leur énergie pour un seul gramme de matière rayonnée serait équivalente à celle de "10 000 trains de cent tonnes marchant à près de 100 kilomètres-heure". Pour la première fois les atomes révèlent la formidable réserve d'énergie que recèle leur structure. La conviction du monde scientifique sera finalement acquise quand on mettra en évidence l'existence de ces mêmes électrons dans l'effet photo-électrique puis dans le rayonnement radioactif.


Rayonnements cathodiques, rayons X, radioactivité, découverte des électrons... cette fin de 19ème siècle ne peut que susciter l'enthousiasme des jeunes générations de chercheurs. Le Français Paul Langevin était l'un des ces jeunes physiciens à avoir rejoint le Cavendish Laboratory en l'année 1897. Dans une préface à la traduction française de "Electricité et Matière" (Paris, Gauthier-Villars, 1922) publié par Thomson en 1903, il témoigne :


" Le moment était particulièrement favorable. Dans ce milieu d'étudiants, venus vers le jeune maître de toutes les parties du monde, s'accomplissait avec enthousiasme l'exploration du nouveau domaine des ions et des électrons, ouvert par la découverte des rayons cathodiques et des rayons de Röntgen et que devait féconder de manière si prodigieuse celle du radium, poursuivie en silence cette même année, par M. et Mme Curie, dans les vieux laboratoires de l'Ecole de Physique et Chimie."


L'électron et l'atome, de Thomson à Rutherford.

 

         Ayant découvert l'électron, Thomson imagine un modèle d'atome souvent désigné sous le terme de "pudding". Il est constitué d'une sphère de matière positive, relativement peu dense, dans laquelle se déplaceraient des électrons soumis à la fois à leur propre répulsion et à l'attraction des différentes parties de la sphère positive.


L'ensemble est, cependant, loin de l'image statique d'un gâteau truffé de grains de raisin. Les électrons se déplacent dans cette sphère à des vitesses prodigieuses. En effet, tout apport d'énergie à l'atome doit se traduire, sous forme d'énergie cinétique, par une accélération du mouvement des électrons pouvant aller jusqu'à provoquer leur expulsion à des vitesses proches de celle de la lumière.


Proposition après proposition, Thomson s'attache à expliquer par son modèle beaucoup des propriétés connues des gaz ionisés et de leur émission lumineuse. Pendant plus de dix ans, ce modèle sera perfectionné avant que son ancien élève Rutherford vienne en proposer un autre dont le succès sera tel qu'il occupe encore une place essentielle dans la représentation que se font nos contemporains de la structure d'un atome.


Ernest Rutherford (1871-1937) est le fils d'immigrés écossais installés en Nouvelle Zélande. Il fait ses études dans son pays natal où il s'intéresse, en particulier, à la détection des ondes hertziennes. Profitant d'une bourse d'études, il rejoint J.J. Thomson au Cavendish Laboratory de Cambridge en 1895 et participe avec lui à l'étude des gaz ionisés.


En 1898, il se voit proposer une chaire à l'Université Mc Gill de Montréal. Peu de temps auparavant Becquerel avait découvert les "rayons uraniques". Rutherford s'empare du sujet et étudie le pouvoir ionisant du rayonnement et son pouvoir de pénétration à travers des plaques métalliques de différentes épaisseurs. Comme Pierre et Marie Curie, il distingue deux rayonnements distincts. L'un, peu pénétrant et très ionisant, qu'il désigne comme "rayonnement α". L'autre, plus pénétrant et moins ionisant, le "rayonnement β".


Marie Curie avait déjà imaginé que le rayonnement α était constitué de particules massives perdant rapidement leur énergie en traversant la matière. Rayleigh puis Crookes avaient constaté que ce rayonnement était constitué de particules chargées d'électricité positive. Rutherford était lui-même arrivé indépendamment à la même conclusion.  Il montrera ultérieurement que ces particules sont des noyaux d'hélium résultant d'une "transmutation" du corps radioactif les produisant. Leur énergie cinétique est prodigieuse. A masse égale, Rutherford, les estimera à 600 millions de fois celle d'une balle de fusil sortant du canon  avec une vitesse de 1 kilomètre par seconde.


Ces projectiles vaudront à Rutherford sa plus célèbre découverte en 1911. Il est alors revenu en Angleterre et est professeur à l'université de Manchester. L'expérience qu'il réalise, en compagnie de Hans Geiger et Ernest Marsden, consiste à bombarder une mince feuille d'or par des particules α devant un écran fluorescent.


Si on s'en tient au modèle de Thomson, d'un atome plein d'une matière positive peu dense, ces particules devraient traverser l'obstacle sans pratiquement être déviées. Or si c'est le cas pour la majorité d'entre elles, une faible proportion (moins de 1 sur 10 000) est déviée, et parfois très fortement. Certaines particules semblent même rebondir vers l'arrière. On prête à Rutherford des phrases traduisant son étonnement : "c'est comme si un boulet de canon rebondissait sur une feuille de papier de soie" aurait-il dit.


Pour interpréter ce phénomène Rutherford imagine un noyau très dense de matière positive où serait concentrée l'essentiel de la masse des atomes. Autour de ce centre positif très attractif, les électrons tournent comme des satellites autour d'un astre central. Plus tard on comprendra que ce noyau est lui-même composé de particules positives, les protons, et de particules neutres, les neutrons. Le modèle "planétaire" de l'atome est né.


Dans notre imagerie contemporaine, ce modèle est resté très populaire. L'atome c'est ce noyau granulaire entouré d'électrons. On le trouve encore, ainsi représenté, dans de très sérieuses publications de vulgarisation scientifique ou sur des sites internet très visités et très bien référencés.


Pourtant Rutherford lui-même savait qu'il souffrait d'un grave défaut. Maxwell avait montré que tout électron subissant une accélération rayonnait de l'énergie, or un électron tournant autour d'un noyau est accéléré vers le centre en permanence. L'énergie qu'il rayonne est telle qu'il devrait être ralenti et tomber sur le noyau en un temps infime.


Dès 1913 Niels Bohr proposait un autre modèle qui répondait mieux à cette objection. Mais avant cette date Planck et Einstein avaient fait naître le photon.


Planck, Einstein et la naissance du photon.


         Avant d'arriver à ce nouveau modèle il nous faut revenir à l'étude de la lumière avec une question : comment la matière, c'est-à-dire l'atome, produit-elle un rayonnement lumineux ?


La question trouve des réponses inédites à partir des années 1880. On sait depuis longtemps que le fer chauffé passe du rouge sombre au blanc éclatant, au fur et à mesure que sa température augmente. A basse température le rayonnement existe également, mais sans être visible à l'œil : c'est l'infrarouge. Il en est de même à très haute température avec l'ultraviolet.


Une loi lie donc la longueur d'onde de la lumière émise et la température du corps émetteur : la longueur d'onde de la vibration lumineuse diminue quand la température augmente. Ou encore : la fréquence de la lumière émise croît avec la température (rappelons que la longueur d'onde d'une radiation, λ, est liée à sa fréquence, ν, et à la vitesse de la lumière, c, par la relation λ = c/ ν).


         En juin 1900, le physicien anglais John Rayleigh montre que la puissance de la lumière rayonnée est proportionnelle à la température absolue du corps et inversement proportionnelle au carré de la longueur d'onde (si P est cette puissance et K une constante, la relation peut s'écrire : P=K.T/ λ2). Hélas, si cette loi se vérifie pour les longueurs d'onde jusqu'au bleu, elle donne des résultats bien trop élevés pour les courtes longueurs d'onde. Avec cette loi, la puissance rayonnée dans l'ultraviolet extrême tendrait même vers l'infini. C'est ce qu'avec humour les physiciens appelleront la "catastrophe ultraviolette".


         En décembre de la même année, le physicien allemand Max Planck, risque une proposition hardie : il postule que les fréquences ν des rayonnements correspondant à une émission d'énergie E, donnée, ne sont pas toutes possibles. Il existe une constante h telle que le rapport E/ν est égal à un nombre entier de fois h. Toute autre vibration est interdite. La formule E=h.ν, si riche et si simple à la fois, est devenue une des grandes formules de la physique.


Comme la matière, l'émission d'énergie est donc discontinue et la physique s'enrichit d'une nouvelle constante : la constante de Planck (h=6,62.10-34 joule.seconde).


         Le pas définitif sera franchi par Einstein en 1905. Employé du bureau des brevets de Berne, âgé de 26 ans, il publie cette année là quatre mémoires qui, pour deux d'entre eux, provoquent une véritable révolution. Le quatrième, sur "L'électrodynamique des corps en mouvement", pose les bases de la relativité restreinte.


Dès l'introduction Einstein y expose que "l'introduction d'un "éther lumineux" devient superflue " dans la mesure où sa conception "ne fait aucun usage d'un "espace absolu au repos". L'éther de Faraday, de Maxwell, de Hertz a vécu ses derniers moments.


 La dernière partie de l'exposé est une application à l'étude de la "dynamique de l'électron". Ses résultats amèneront à une conséquence jugée "très intéressante" par l'auteur, à savoir que "la masse d'un corps est la mesure de sa capacité d'énergie", ce qu'il traduisait par la fameuse formule écrite aujourd'hui sous la forme e=mc2 établissant la relation entre la  masse m d'un corps, sa "capacité d'énergie" e et la vitesse de la lumière c.


La masse et l'énergie devenaient ainsi deux attributs indissociables de la matière et Einstein ne doutait pas que cela puisse être rapidement vérifié. "Il n'est pas impossible, écrivait-il, qu'une vérification de la théorie ne puisse être effectuée avec des corps dont la capacité d'énergie est au plus haut degré variable (par exemple les sels de radium)".          Deux ans plus tôt, le 16 mars 1903, était présentée à la séance hebdomadaire de l'Académie des Sciences, une communication de Pierre Curie et Albert Laborde sur la chaleur dégagée spontanément par les sels de radium. "Nous avons constaté que les sels de radium dégagent de la chaleur de façon continue" écrivaient-ils. Ayant mesuré cette chaleur émise, il trouvaient que 1gramme de radium dégageait "une quantité de chaleur qui est de l'ordre de 100 petites calories par heure". Ils émettaient alors l'hypothèse d'une "transformation interne" de l'atome de radium qui mettrait en jeu une énergie "extraordinairement grande" tout en admettant que ce dégagement d'énergie pouvait aussi s'expliquer par l'utilisation d'une "énergie extérieure de nature inconnue".


L'hypothèse d'Einstein de la transformation de la masse en énergie permettait de trancher : l'émission d'énergie par le radium résultait bien d'une transformation interne qui s'accompagnait d'une lente perte de masse.


Avec la dualité masse-énergie, Einstein, en proposait une autre d'une autre nature : la dualité onde-particule.


Son premier mémoire portait sur la nature discontinue du rayonnement lumineux du corps noir mise en évidence par Planck. Einstein proposait tout simplement et tout radicalement d'abandonner l'image classique d'une onde lumineuse étendue adoptée alors par tous les physiciens, pour celle de particules de lumière, des quanta : "lors de la propagation d'un rayon lumineux émis par une source ponctuelle, l'énergie n'est pas distribuée de façon continue sur des espaces de plus en plus grands, mais est constitué d'un nombre fini de quanta d'énergie localisés en des points de l'espace, chacun se déplaçant, sans se diviser" écrivait-il. Pour résumer : partant de l'hypothèse de Planck, Einstein propose de considérer qu'une lumière monochromatique de fréquence ν est formée de corpuscules porteurs d'une quantité fixée d'énergie, un "quantum", de valeur e = h.ν.


Cette hypothèse pouvait, par exemple,  expliquer une particularité encore inexpliquée de l'effet photoélectrique découvert par Hertz en 1887.


Depuis ce temps on sait que la lumière ultraviolette a la propriété d'extraire des corpuscules chargés d'électricité négative, des électrons, de la surface d'un métal. Le nombre d'électrons, ainsi arrachés, est proportionnel à l'énergie du rayonnement incident. Par contre leur énergie cinétique ne dépend que de la longueur d'onde de la lumière utilisée. Plus elle est courte et plus les électrons sont rapides. Il existe d'ailleurs une limite supérieure des longueurs d'onde à partir de laquelle une lumière, même intense, ne produit aucun effet. Ce mode de transfert d'énergie entre lumière et électrons est impossible à expliquer avec les concepts classiques. L'hypothèse des quanta, par contre, peut y répondre.


Un de ces "quanta" de lumière, que l'on appellera plus tard "photons", rencontrant l'électron d'un atome du métal lui communique son énergie. Celle-ci provoque l'expulsion de cet électron, le surplus d'énergie se manifestant sous forme de l'énergie cinétique acquise par l'électron.


Les photons d'une radiation de fréquence trop faible, donc de trop grande longueur d'onde, ne seraient pas suffisamment énergétiques pour, simplement, extraire un électron, d'où l'absence d'effet observé.


Alors qu'avec Fresnel, la théorie ondulatoire de la lumière s'était imposée, alors que Maxwell avait mis en évidence le caractère  électromagnétique de cette onde, Einstein revient donc à un modèle granulaire de la lumière tel que l'avait imaginé Newton. Il faut noter que c'est pour cette hypothèse des photons et non pas pour son travail sur la relativité, trop longtemps ignoré, que Einstein reçoit le prix Nobel de physique en 1922.


La question se posait donc à nouveau : quelle est donc la nature réelle de la lumière. Onde ou particule ? Onde et particule ? Ni onde, ni particule ?  Le débat anime encore la physique contemporaine.


L'atome de Bohr.


Les hypothèses de Planck et Einstein sont mises à profit par Niels Bohr (1885-1962), jeune physicien danois qui a fréquenté le laboratoire de Rutherford à Cambridge. Reprenant le modèle planétaire de ce dernier il postule que les électrons ne peuvent circuler autour du noyau que sur des orbites circulaires de rayons déterminés dont la valeur est liée à la constante de Planck. Chaque orbite possible correspond à un "niveau d'énergie" de l'électron. Il peut passer à une orbite supérieure par l'absorption d'un photon d'énergie correspondant à l'écart entre les deux niveaux. Il peut émettre un photon, c'est-à-dire une radiation lumineuse de fréquence donnée, en passant d'un niveau à un niveau inférieur.


Progressivement, pour rendre compte des propriétés de la lumière émise ou absorbée, le modèle se perfectionne et l'électron se voit attribuer d'autres qualités, comme le "spin" supposé décrire le sens d'une rotation de l'électron sur son axe.


Sur le plan pratique le modèle de Bohr sera un outil utile au développement de l'électronique, que ce soit à travers ses premiers pas au moyen des multiples lampes à vide ou ensuite avec les semi-conducteurs. L'optique lui sera également redevable avec la mise au point de techniques comme celle du "pompage optique" débouchant sur la construction des lasers. L'histoire de l'électronique et celle de la "photonique", mériteraient d'être développées, nous ne l'aborderons pas ici. Chacune de ces matières nécessiterait à elle seule un ouvrage.


L'existence de l'électron semble donc parfaitement établie par les multiples applications sur lesquelles débouche sa théorie. Cependant ce modèle d'électrons sautant d'une façon instantanée d'une orbite à l'autre en émettant un rayonnement lumineux s'accorde mal avec celui d'un projectile matériel répondant aux lois de la dynamique newtonienne.


D'autre part la dualité onde-particule de la lumière fait toujours débat dans les années 1920, époque où un jeune physicien français cherche un sujet de thèse.


Louis de Broglie et la nature ondulatoire de l'électron.


         "1905 ! Pendant cette année cruciale dans l'histoire de la physique, par un coup de maître dont il n'existe sans doute pas d'autre exemple dans l'histoire de la science, Albert Einstein, alors jeune employé de vingt-six ans à l'office des brevets de Berne, introduit coup sur coup dans la théorie physique deux idées fondamentales qui vont entièrement  changer le cours de son évolution : celle de la relativité de l'espace temps et celle des quanta de lumière". La phrase est de Louis de Broglie ( Le dualisme des ondes et des corpuscules dans l'œuvre de Albert Einstein, lecture faite à l'Académie des sciences, 1955).


         Louis de Broglie (1892-1987) a été initié à la physique et aux théories de Einstein par son frère Maurice. Engagé comme radiotélégraphiste pendant la guerre 1914-1918, il revient travailler au laboratoire de son frère alors tourné vers l'étude des rayons X et l'effet photoélectrique, étude dans laquelle le problème des ondes et des corpuscules l'interpelle sans arrêt. Puisque l'onde lumineuse peut être également décrite sous forme de particules, pourquoi des particules ne pourraient-elles pas être décrites par une onde ?


Dans l'année 1923, puis dans sa thèse présentée en 1924, il franchit le pas et établit une corrélation, faisant intervenir la constante de Planck, entre le mouvement d'un corpuscule, par exemple un électron, et la propagation d'une onde. Pour résumer : l'électron peut être décrit comme une onde !


Parmi les applications de cette hypothèse il imagine d'emblée l'explication des orbites des atomes de Bohr : ce sont des états stationnaires d'ondes associées aux électrons de l'atome.


         Sa thèse laisse l'essentiel du monde scientifique dubitatif, à part Einstein à qui Langevin l'a communiquée et qui publie une note la concernant dans les Comptes rendus de l'Académie des Sciences de Berlin.


Mais l'histoire rebondit. Au printemps de 1926, De Broglie reçoit de Erwin Schrödinger, physicien autrichien alors professeur à Zurich, la copie de l'article qu'il allait publier après la lecture de ses travaux. Il y énonce l'équation, restée célèbre, d'une onde qui permet de décrire le comportement d'un électron isolé mais aussi d'expliquer le spectre lumineux de chaque atome tant en ce qui concerne la longueur d'onde des radiations émises que leur intensité.


Avec Einstein les ondes lumineuses étaient devenues des particules, avec De Broglie et Schrödinger les particules matérielles deviennent des ondes.  Le symbole alchimiste du dragon qui se mord la queue semble inspirer les physiciens.


En 1927 une expérience menée par deux chercheurs américains, Davisson et Germer, vérifie la validité de la théorie ondulatoire : des électrons réfléchis par la surface d'un cristal de nickel donnent, sur une plaque photographique, des figures d'interférence analogues à celle obtenues avec des rayons X. Les électrons se sont donc bien comportés comme une onde.


Onde ou particule ? Werner Heisenberg, jeune physicien allemand de 26 ans décide de ne plus donner de l'atome une image matérielle. Ce qu'on en connaît, ce sont les valeurs des fréquences et les intensités des raies lumineuses émises ou absorbées par l'atome. Il décide de présenter ces valeurs dans des tableaux de chiffres, des "matrices", dont il maîtrise parfaitement la théorie mathématique. Il obtient ainsi des prévisions qui correspondent parfaitement avec les résultats expérimentaux.


Cette "mécanique quantique" sans particules ni ondes annonce bien d'autres surprises.


Quand l'incertitude devient un principe.


         L'un des résultats de cette mécanique matricielle est présenté comme le "principe d'incertitude" ou plutôt "d'indétermination". Il s'énonce généralement en disant qu'il n'est pas possible de donner, à la fois, la position et la vitesse d'une particule. Il en résulte une description "probabiliste" de la matière quand on l'observe au niveau de l'infiniment petit. La notion même de particule n'y a plus de sens pas plus que celles de vitesse ou de position.


Ce principe jette le trouble dans le milieu scientifique. Louis de Broglie en prend connaissance peu de temps avant le mois d'octobre 1927, date à laquelle doit se tenir le 5ème Conseil Solvay (du nom du mécène qui accueille depuis 1911 l'élite des physiciens mondiaux).  Ce " 5ème Conseil", consacré au thème électrons et photons, est resté célèbre. Les débats y sont vifs. Face à Bohr, Heisenberg et Born, de Broglie défend sa "mécanique ondulatoire" : les particules existent réellement et sont "guidées" par l'onde décrite par ses équations. Schrödinger, de son côté, privilégie l'onde : la particule n'existe pas. Là où le sens commun imagine une particule on trouve, en réalité, le maximum correspondant à l'addition d'ondes multiples, celles-ci s'annulant de part et d'autre de ce pic.


Le conflit oppose surtout Bohr à Einstein qui refuse une physique livrée au hasard.


La particule "quantique", photon ou électron, est en effet un être difficilement saisissable. Elle n'est plus ni une onde ni un corpuscule. Elle n'est pas même une onde et une particule à la fois, c'est un "quanton". Cet être de la nouvelle physique peut, dans certaines conditions, se manifester comme un projectile de la mécanique classique, dans d'autres comme une onde, sans être jamais, pour autant, ni l'un ni l'autre.


Le quanton, photon ou électron, possède, par exemple, le don d'ubiquité. Il peut être en différents lieux au même moment.


On se souvient de la démonstration de la nature ondulatoire de la lumière par l'expérience des fentes de Young. De la lumière monochromatique émise par une source unique arrive sur deux fentes parallèles. Les deux faisceaux ainsi obtenus se combinent pour laisser la trace, sur un écran, de bandes alternativement sombres et claires résultant de l'interférence de ce que la physique classique ne peut imaginer autrement que sous forme d'ondes.


Utilisons maintenant une source lumineuse suffisamment faible pour émettre photon après photon. Le résultat est le même. Les photons, dont les impacts successifs sont visibles sur la plaque réceptrice, sont allés se placer sur l'une des franges lumineuses prévues par la théorie ondulatoire. C'est comme si chacun d'entre eux était  passé par les deux fentes à la fois. L'expérience menée sur des électrons amène aux mêmes observations.


Le quanton peut manifester également la propriété de "non-séparabilité" ou "d'intrication". Il peut se combiner à un autre quanton pour donner un être unique aux propriétés inédites.


En 1982 est réalisée par le physicien français Alain Aspect une expérience devenue historique illustrant ce principe.


En produisant l'émission de photons "jumeaux" dont l'un des paramètres, leur "polarisation", devait avoir pour chacun une valeur identique, il montrait que c'était la détection de l'un d'entre eux qui décidait immédiatement de la valeur du paramètre de l'autre. Il prouvait ainsi que, avant la détection, les deux particules ne faisaient qu'une entité unique que seule la mesure distinguait ensuite. Et ceci même si les particules étaient très éloignées au moment de la détection.


Transmettre ce savoir aux non-spécialistes n'est pas chose aisée. Une image est parfois utilisée pour illustrer l'ubiquité quantique de la matière au niveau atomique : celle du poisson quantique dans un étang.


Une truite est lâchée dans un étang que des pêcheurs répartis sur la berge tentent de capturer. A un moment, l'un d'entre eux y parvient. Le pêcheur classique dira : "la truite était là où je l'ai prise". Le pêcheur quantique dira : "avant que je la prenne, la truite occupait tout l'étang. Chacun avait les mêmes chances de la capturer. Elle ne s'est concrétisée qu'au moment où je l'ai prise".


Quant au principe de "non-séparabilité" : si ce sont deux poissons qui ont été jetés dans cette mare le pêcheur quantique considèrera qu'ils s'y sont dilués pour se combiner en une seule entité. A nouveau, c'est au moment de la prise que le poisson capturé deviendra réel laissant l'autre identité au poisson restant.


On peut s'interroger sur ce type d'images. Aident-elles vraiment à la compréhension du phénomène ou suggèrent-elles, par l'irrationalité du propos, que la physique "quantique" est un monde magique auquel n'ont accès que les initiés ?


Ces images ne prétendent pas à une valeur didactique, elles cherchent d'abord à marquer, de façon quelque peu provocatrice, la rupture avec la vision classique des lois de la nature.


Et l'électricité, l'électron, la charge électrique dans tout cela ?


         Dans le vocabulaire quantique le mot "électricité" semble être relégué dans les oubliettes de l'histoire. 


On y trouve encore l'électron qui n'est plus ni une onde ni un corpuscule mais un "quanton". Si on continue à désigner ses propriétés par des termes issus de la mécanique des objets étendus comme ceux de position, de vitesse, de quantité de mouvement, d'énergie... ces mots n'ont plus le même sens et ne se maintiennent que faute d'en avoir trouvé de mieux adaptés.


         L'univers des quantons est très peuplé. Le photon, le neutron et le proton, éléments constitutifs du noyau de l'atome sont des quantons. Protons et neutrons, particules sages dont le nom évoque encore des propriétés physiques classiques, sont eux-mêmes constitués de quantons bien plus exotiques : les quarks.


Leur nom ne doit rien à l'univers des sciences, il marque même une rupture avec tout ce qui pourrait rappeler le "concret". Le physicien Gell-Mann l'a trouvé dans un roman de James Joyce, Finnegans Wake (le rêve de Finnegan). Il figure dans la phrase "Three quarks for Muster Mark"  chantée par un chœur d'oiseaux de mer et qui pourrait se traduire par trois "railleries" pour Monsieur Mark. Pour aller plus loin dans la dérision, les six quarks se voient attribuer des "saveurs" : down, up, strange, charm, bottom, top. A l'étrangeté, le charme, la beauté des quarks, s'ajoute leur "couleur" : rouge, vert, bleu.


Un tel vocabulaire peut faire apparaître le monde des physiciens quantiques comme un monde où on s'amuse entre initiés. La science quantique n'y est plus figurative, elle est devenue un art abstrait.


Mais un savoir scientifique non partagé est-il viable ?


 "...notre responsabilité de physiciens dépasse nos seules tâches professionnelles", déclare Jean-Marc Lévy-Leblond.  "...l'intérêt bien compris de l'entreprise scientifique, dit-il, exige que ses protagonistes partagent leur savoir avec les profanes. Mais comment pouvons-nous espérer faire correctement comprendre les concepts délicats et les expériences ingénieuses que nous élaborons si nous sommes désinvoltes dans leur formulation au point de ne pas les comprendre véritablement nous-mêmes ? "  (Jean-Marc Lévy-Leblond, Mots & maux de la physique quantique, article écrit pour la Revue Internationale de Philosophie, Bulletin de l'Union des Physiciens, Juillet-Août 1999).


         Pour autant l'auteur milite pour un vocabulaire qui mette en évidence "la spécificité et l'originalité" des concepts quantiques et "leur différence d'avec les notions communes". Cette exigence linguistique est, pour lui, la seule façon de "mener une vulgarisation efficace". La quantique attend son Lavoisier.


Que deviennent les termes de quantité d'électricité et de charge électrique dans cette optique ? Le mot électricité ne désigne plus un fluide. Comme aux premiers temps de son histoire, il est redevenu, au mieux, un qualificatif désignant, comme la gravité, une des propriétés de la matière.


La charge de l'électron est devenue un simple chiffre qui indique l'intensité avec laquelle cette particule peut intervenir dans une interaction électromagnétique. La valeur absolue de la "charge" de l'électron (1,6.10-19C) reste la référence, même si le mot "charge" lui-même n'a plus aucun sens. D'autres quantons sont dotés d'un "nombre de charge", positif ou négatif, représentant une fraction de cette charge. Les quarks, par exemple sont dotés des charges - 1/3 pour trois d'entre eux et + 2/3 pour les trois autres. Ajoutons que chaque particule se voit associée à une antiparticule de charge opposée et dont la rencontre lui serait fatale. Ainsi l'électron est associé au positon (ou positron), particule de même masse et de charge positive. Imaginé par Dirac en 1928, il fut ensuite observé dans le rayonnement cosmique et dans les processus d'émission radioactive.


Nous n'en dirons pas plus sur la physique quantique. Peut-être en avons-nous déjà dit trop sur un sujet aussi délicat.  La traque des nouvelles particules prévues par la théorie se poursuit dans les énormes accélérateurs d'aujourd'hui et de demain. Celles qui sont déjà connues nous renseignent aussi bien sur l'infiniment petit de la matière que sur le fonctionnement de notre univers. En essayant de mettre des mots sur leurs équations, les physiciens nous font rêver de ces espaces et de ces temps multiples encore à conquérir.


Pourtant n'est-il pas frustrant de constater qu'au bout de ce long chemin qui, partant de l'ambre de la Baltique, nous a menés jusqu'à cet électron si familier, nous en sommes arrivés à ne plus voir dans l'électricité qu'un chiffre associé à un insaisissable "quanton" ?


Ce n'est qu'un début, l'histoire continue.


L'électricité est une science récente. Elle donnera longtemps encore des raisons de s'émerveiller devant la complexité et la richesse du monde.


La résistance qu'elle offrira à la compréhension des chercheurs sera, pour eux, autant de défis à relever et d'occasions de développer leur intuition, leur intelligence et leur sensibilité. Nos successeurs des siècles à venir s'étonneront sans doute de la façon dont nous concevons ce qu'aujourd'hui nous appelons encore "électricité".


Puissent les quelques repères que nous avons voulu rassembler ici être utiles à nos contemporains pour comprendre le présent et à nos successeurs pour imaginer l'avenir.

 

___________________________________________________________

 

Cet article est extrait d'un ouvrage paru en juin 2009 chez Vuibert.

 


 

___________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________

 

 

 


Repost 0
19 avril 2009 7 19 /04 /avril /2009 08:50

  Histoire des unités électriques.


par Gérard Borvon

 



A l'occasion de la première exposition internationale d'électricité qui se tient à Paris en 1881, l'initiative est prise d'un "congrès international des électriciens" qui se tiendra pendant l'exposition. Cette réunion n'est pas une simple rencontre amicale. L'un de ses objectifs est de première importance : définir un système international d'unités électriques.


Tout débutant dans l'apprentissage des sciences physiques le sait : à chaque grandeur physique est obligatoirement associée son unité. Dans le domaine de l'électricité, l'ampère, le volt, le watt sont d'une telle banalité que chaque personne qui a, un jour, remplacé une lampe ou un fusible en connaît au moins le nom. Et ceci, où que cette personne habite sur la planète et quel que soit son niveau d'instruction. Mais une question se pose : quand, où, comment, ces unités ont-elles été définies ?


Le système métrique décimal.


L'époque n'est pas si ancienne qui a, d'abord, vu naître le système décimal. Un nom s'impose alors : celui de Lavoisier. Seul, affirme-t-il, un système décimal peut permettre la communication entre chimistes de différentes nationalités et plus généralement entre tous ceux, savants, artisans, marchands et membres de professions dont l'activité implique la mesure. Dans le Traité élémentaire de chimie qu'il publie en 1789 il se livre à un plaidoyer en faveur d'un tel système. Il calcule déjà des tables de conversion et fait fabriquer des balances équipées de boîtes de masses décimales.


Lavoisier fait partie de la commission chargée par le pouvoir révolutionnaire de mettre au point un modèle décimal de mesures. Il est arrêté et guillotiné avant que ce travail n'aboutisse. Pourtant, le 7 avril 1795 (18 germinal de l'an III) le mètre et le gramme deviennent les unités de mesure républicaines et le système décimal est instauré. Des préfixes grecs, déca, hecto, kilo, sont choisis pour les multiples. Des préfixes latins, déci, centi, milli, pour les sous-multiples. Ce système deviendra, comme l'avait souhaité Lavoisier, un véritable "langage universel".


Mais revenons aux mesures et unités électriques.


Pour mesurer, il faut d'abord définir une grandeur (intensité, tension, etc.) et concevoir un instrument fiable pour la mesurer.


Tout au long du XVIIIe siècle différents appareils, à paille, à fil, à feuille d'or sont construits pour estimer la tension ou la charge électrique. Mais ce sont plutôt des "électroscopes" que des "électromètres" car on ne pouvait pas comparer deux mesures faites avec des instruments différents.


La découverte de la pile électrique en 1800 puis celle de l'électromagnétisme en 1820 permettent enfin d'aborder l'électricité par la mesure. Une quantité d'électricité peut désormais être réellement mesurée, lors d'une électrolyse, par le volume de gaz qui se dégage à l'électrode ou par la masse de métal qui s'y dépose. Plus tard, l'intensité d'un courant pourra être évaluée par son action sur une aiguille aimantée ou sur un autre circuit électrique.


Au cours du XIXe siècle, moteurs, génératrices, systèmes d'éclairage ont pris des dimensions industrielles. Toute cette activité n'a pas pu se développer sans des moyens rigoureux de mesure. Elle exige à présent des normes communes. Des appareils de mesure sont mis au point et dans le même temps des unités sont proposées.


Les initiatives sont d'abord dispersées jusqu'au moment où une harmonisation s'impose.


L'Angleterre en avance

 

Dans ce domaine, l'Angleterre a largement devancé les autres pays européens. Il existe une "Association britannique pour l'avancement des sciences" qui, depuis 1863, a établi un système d'unités partiellement repris sur le plan international sous la dénomination de "système de l'association britannique" ou système B.A (pour British Association).


Par ce système, les savants britanniques ont la volonté d'inscrire l'électricité au rang d'une science académique. La mécanique est alors le modèle, les unités électriques doivent donc se déduire des trois unités fondamentales de la mécanique : le mètre, le gramme et la seconde. En 1873, sur la proposition de William Thomson (le futur Lord Kelvin), le mètre est remplacé par le centimètre mieux adapté pour la mesure des masses volumiques. Le système est alors connu sous le nom de système CGS.


Relevons ici la clairvoyance et le courage intellectuel des électriciens britanniques qui n'hésitent pas à choisir le centimètre et le gramme, mesures à la fois continentales et révolutionnaires, dans un pays si attaché à ses traditions insulaires.


En 1875 la "Convention du mètre" signée par les diplomates de 17 États donne à ce choix un caractère officiel. Dans le même temps est créée la Convention Générale des Poids et Mesures (CGPM) et le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) dont le siège est fixé au pavillon de Breteuil à Sèvres, près de Paris.


A côté du système CGS, théorique, l'association britannique a défini un système d'unités pratiques dans lequel l'unité de résistance est désignée par le nom d'ohm, l'unité de force électromotrice par celui de volt et celle d'intensité par celui de weber. Hommage rendu à trois savants ayant fait progresser la science électrique. Les trois unités sont liées par la formule I=E/R qui traduit la relation, établie par Ohm, entre la tension aux bornes d'une résistance et l'intensité du courant qui la traverse. Un weber est donc l'intensité du courant qui circule dans une résistance de un ohm sous l'action d'une force électromotrice de un volt.


La France comme l'Allemagne utilisent également la résistance, la tension et l'intensité comme concepts de base. Mais dans ces deux pays les unités sont d'abord considérées comme des étalons adaptés aux travaux des ingénieurs. Le monde des électriciens ne parle pas un langage unique.



Avant 1881 : des systèmes nationaux différents.

 

Les unités de résistance :

 

En Angleterre, nous avons déjà relevé le choix, par la société britannique, d'une unité théorique, d'une unité pratique et d'étalons. Quelques précisions à ce sujet :


L'unité théorique : nous avons déjà eu l'occasion d'évoquer, dans le chapitre consacré aux équations de Maxwell, le problème lié à l'existence de deux systèmes théoriques possibles : le système électrostatique et le système électromagnétique. Pour des raisons pratiques liées aux applications industrielles, c'est le système CGS électromagnétique qui est retenu. Dans ce système, la résistance a la dimension d'une vitesse. Son unité théorique est donc le cm/s.


L'unité pratique : la valeur de l'unité C.G.S théorique (le cm/s) correspond à une résistance extrêmement faible. L'Association Britannique a donc choisi une unité pratique plus commode pour la mesure des résistances courantes. Elle correspond à 10 millions de mètres par seconde (109 unités C.G.S). Elle est alors désignée sous le nom d'ohm. On retiendra, à ce sujet, que 10 millions de mètres correspond à la longueur du quart du méridien terrestre, valeur universelle qui est à la base de la définition du mètre.


Les étalons : une fois définie cette unité pratique restait à construire des étalons. Ceux-ci étaient constitués par des résistances métalliques déposées à Londres. Maxwell, qui anime le comité chargé de déterminer ce standard, les décrit comme "faites d'un alliage à 2 parties d'argent et une partie de platine, en forme de fils de 0,5mm à 0,8mm de diamètre et de 1m à 2m de longueur. Ces fils sont soudés à de grosses électrodes de cuivre. Le fil lui-même est couvert de deux couches de soie, noyé dans une masse de paraffine et renfermé dans une boîte de cuivre mince, de façon qu'on puisse le porter aisément à la température pour laquelle sa résistance est exactement de 1 ohm. Cette température est inscrite sur le support isolant".




Résistance étalon du système britannique (James Clerk Maxwell, Traité d'électricité et de magnétisme. trad. 1885. Tome I. p.524)

 

En France on compte en "kilomètres de résistance". Cette unité, établie par Bréguet à l'intention des télégraphistes, est représentée par la résistance d'un fil de fer télégraphique de quatre millimètres de diamètre et de mille mètres de longueur. Cette unité vaut environ 10 ohms. Des étalons sont construits mais leur valeur dépend fortement du fer utilisé.

 

En Allemagne on utilise l'unité Siemens, désignée par le symbole US, qui est la résistance d'une colonne de mercure de 1m de longueur et de 1 millimètre carré de section. Sa valeur est estimée à 0,9536 ohm.


Unités de force électromotrice :


L'Unité C.G.S de force électromotrice (qui devrait être le cm3/2.g1/2.s-2) a également une valeur extrêmement faible.

 

L'Association Britannique choisit donc comme unité pratique de force électromotrice, le volt, qui a une valeur de 108 unités CGS.


Elle est sensiblement représentée par la force électromotrice de la pile Daniell. Rappelons que cette pile, mise au point par Daniell, en 1836, comporte une électrode de cuivre plongeant dans une solution saturée de sulfate de cuivre associée à une électrode de Zinc plongeant dans une solution de sulfate de Zinc. Cette pile "impolarisable" a une f.e.m constante de 1,079 volt. La pile Daniell sert également de référence en France et en Allemagne.


Unités d'intensité :

 

L'unité pratique d'intensité de l'Association Britannique est le weber. Intensité d'un courant qui traverse une résistance de 1 ohm présentant une force électromotrice de 1 volt entre ses extrémités. Sa valeur est de 0,1 unités CGS (l'unité CGS étant le cm1/2.g1/2.s-1).


Cette unité permet d'écrire de façon commode toute la gamme des intensités de courants utilisées dans l'industrie. Au plus bas de l'échelle : l'intensité des courants téléphoniques qui est de quelques microwebers et celle des courants télégraphiques qui est de quelques milliwebers. A l'autre extrémité les courants débités par les "machines Gramme" qui varient entre vingt et trente webers ou les courants qui alimentent les cuves de galvanoplastie qui peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de cent webers.


Les appareils électromagnétiques de mesure des courants qui commencent à se généraliser, sont directement gradués, suivant les usages, en webers ou milliwebers.



Dans la pratique un courant de 1 weber dépose 1,19 gramme de cuivre à l'heure à la cathode d'un électrolyseur à sulfate de cuivre.

 

En Allemagne, l'unité d'intensité, est celle qui traverse une unité de résistance Siemens reliée aux pôles d'une pile Daniell. Sa valeur est de 1,16 weber.

 

La France ne présente pas de choix tranché en la matière. Les unités britanniques et allemandes y sont utilisées mais on y utilise aussi le classique "galvanomètre" : un électrolyseur est intercalé dans le circuit et l'intensité du courant est exprimée en cm3 de gaz dégagé par minute aux électrodes d'un électrolyseur à acide sulfurique ou en grammes de cuivre déposés par heure à la cathode d'un électrolyseur à sulfate de cuivre.


A l'évidence, un langage commun s'impose. Ce sera donc l'objectif fixé au premier congrès des électriciens à Paris

 

1881 : premier congrès international des électriciens, premier système international.

 

Le congrès se tient sous le patronage de Adolphe Cochery, ministre des Postes, qui souhaite en faire un évènement international d'envergure. Sa présidence est assurée par un chimiste, Jean-Baptiste Dumas.


Les congressistes, au nombre de 250, viennent de 28 pays différents. Des savants et des ingénieurs aussi célèbres que William Thomson (futur Lord Kelvin), Tyndall, Crookes,  Helmholtz, Kirchhoff, Siemens, Mach, Gramme, Rowland, Becquerel, Fizeau, Planté, Lord Rayleigh, Lenz se trouvent ainsi pour la première fois ensemble. Un sujet s'impose à tous : celui des unités et étalons électriques.    


Une opposition existe entre les "savants" britanniques qui, avec le système CGS, tiennent à inscrire les unités électriques dans le cadre théorique de la mécanique et les "ingénieurs" allemands qui veulent des étalons pratiques.


Le physicien français Eleuthère Mascart, secrétaire du congrès, en rend compte dans un récit qui nous en révèle les coulisses.


«Le Congrès, dit-il, avait constitué une Commission très nombreuse des unités électriques, qui s'est réunie le 16 et le 17 septembre 1881. La première séance a été remplie par une sorte d'exposé de principe sans grand résultat. Dans la seconde, la question a été serrée de plus près ; il s'agissait de savoir si les unités seraient fondées sur un système logique ou si l'on accepterait, en particulier pour la mesure des résistances, l'unité arbitraire dite de Siemens.

 

La discussion a été pénible et très confuse ; on voyait surgir des propositions et des objections imprévues, surtout de personnes qui ne comprenaient pas la portée des résolutions à prendre. M. Dumas, qui présidait avec un tact et une autorité que j'admirais, interrompit la séance en disant que l'heure paraissait avancée (4 h.30) et qu'on se réunirait ultérieurement. C'était un samedi soir. En sortant, j'accompagnais notre Président, et je lui dis : « Mon cher Maître, il me semble que l'affaire ne marche pas bien. » - « Je suis convaincu, répondit-il, que nous n'aboutirons pas et vous avez compris pourquoi j'ai levé la séance. » Je n'ai pas souvenir de ce que fut ensuite notre conversation.

 

Le lendemain, dans la matinée, je rencontrai sur le pont de Solférino William Siemens qui me demanda si j'avais reçu la visite de Lord Kelvin (alors sir William Thomson), en ajoutant qu'on m'invitait à dîner et qu'on espérait arriver à une entente. Rentré aussitôt, je trouvai la carte de Lord Kelvin avec ces mots : « Hôtel Chatham, 6 h. 30 ».

 

Je fus naturellement exact au rendez-vous et je trouvai dans le petit salon d'attente une société imposante : Lord Kelvin, William Siemens pour l'Angleterre, puis von Helmholtz, Clausius, Kirchhoff, Wiedemann et Werner Siemens. La discussion reprit et, après beaucoup d'hésitations, Werner Siemens finit par accepter la solution proposée, à la condition que le système de mesures serait institué « pour la pratique ». Je ne fis aucune difficulté à cette qualification et rédigeai au crayon sur le bord du piano le texte de la convention.

 

Le système de mesures pour la pratique avait comme bases les unités électromagnétiques C.G.S.

 

On définissait l'Ohm et le Volt, en laissant à une commission internationale le soin de fixer les dimensions de la colonne de mercure propre à représenter l'Ohm.

 

Soulagé ainsi d'un grand poids, je dînai de bon appétit et, après la soirée, j'allai en rentrant, à tout hasard, sonner à la porte de M. Dumas, quoiqu'il fût déjà 10 h. 30. Il était au salon au milieu de sa famille et mon premier mot fut : « L'accord est fait sur les unités électriques ». Je n'oublierai jamais l'impression de joie véritable manifestée par M. Dumas à cette nouvelle qu'il était loin d'attendre.

 

Si le système d'unités a fini par aboutir, on doit l'attribuer d'abord à l'autorité de M. Dumas, dont le grand talent inspirait le respect et empêcha la discussion de s'égarer en paroles trop vives, puis à l'influence sur Werner Siemens de son frère, William Siemens, qui vivait dans le milieu scientifique anglais engagé par l'initiative de l'Association Britannique.

 

Nous étions impatients de soumettre ces propositions au Congrès dans la séance générale du mardi 20 septembre, mais on avait appris dans l'intervalle, la mort du président Garfield et la séance fut aussitôt levée en signe de deuil. Comme nous n'avions encore que deux unités, l'ohm et le volt, et qu'il était nécessaire de compléter le système, je demandai au président, M. Cochery, si les commissions au moins pouvaient se réunir.

 

Je dus m'incliner devant sa réponse négative, et nous restâmes, avec Von Helmholtz, auprès de Lord et Lady Kelvin qui, ayant négligé de déjeuner, prenaient un chocolat dans le restaurant Chiboust, installé près de la salle du Congrès. C'est dans ce petit comité, autour d'une vulgaire table en marbre blanc, que furent convenues les trois unités suivantes : Ampère (au lieu de Weber), Coulomb et Farad.

J'étais chargé d'en lire le texte le lendemain 21 septembre en séance générale. Nombre de membres de la commission, qui ne connaissaient que la séance du samedi, en furent bien un peu surpris, mais les commentaires de Lord Kelvin et de Von Helmholtz ne permirent plus aucune hésitation. Le système pratique d'unités était fondé »


Dans le discours qu'il prononça à la fin du congrès, Jean-Baptiste Dumas ne cachait pas sa satisfaction :


" L'accord s'est fait, et, par une décision unanime, vous avez rattaché d'une part les mesures électriques absolues au système métrique en adoptant pour bases le centimètre, la masse du gramme et la seconde ; de l'autre, vous avez institué des unités usuelles, plus voisines des grandeurs qu'on est accoutumé à considérer dans la pratique et vous les  avez rattachées par des liens étroits aux unités absolues. Le système est complet."


Un succès remarqué

 

On peut lire le compte rendu de cette séance dans la revue "La Nature" (deuxième semestre, p282) :


"On peut considérer les travaux du Congrès comme terminés à la date du samedi 24 septembre. Il aura suffit de quatre séances plénières, dont trois seulement auront été consacrées à l'étude des questions... pour épuiser son ordre du jour..."


Les conclusions du congrès tiennent en sept points :


1) Le système CGS est adopté.


2) L'unité de résistance sera désignée par le nom de "ohm" avec la valeur de 109 unités CGS. L'unité de force électromotrice, ou de tension, sera le volt avec pour valeur 108 unités CGS.


3) L'unité pratique de résistance (l'ohm) sera constituée par une colonne de mercure d'un millimètre carré de section à la température de zéro degré centigrade.


4) Une commission internationale sera chargée de déterminer la longueur de la colonne de mercure représentant l'ohm.


5) L'unité d'intensité de courant sera nommée "ampère". Intensité d'un courant "produit par un volt dans un ohm".


6) L'unité de quantité d'électricité sera appelée "coulomb" ou quantité de courant "débitée par un courant de un ampère pendant une seconde" (d'après la relation Q=I.t).


7) L'unité de capacité sera le "farad" définie par "la condition qu'un coulomb dans un farad donne un volt" (d'après la relation Q/C=V).


Ampère et Coulomb, citoyens de la puissance invitante, sont mis à l'honneur par l'attribution de leur nom aux unités d'intensité et de charge. Weber en fait les frais mais ... le congrès lui adresse un message de félicitations pour le cinquantième anniversaire de son entrée à l'université de Göttingen. Son nom sera donné ultérieurement à l'unité de flux magnétique.


Cette nouvelle façon d'attribuer aux unités le nom de savants célèbres est soulignée de façon lyrique pas J.B Dumas dans son discours de clôture du congrès.


"L'Association britannique avait eu l'heureuse idée de désigner ces diverses unités par les noms des savants auxquels nous devons les principales découvertes qui ont donné naissance à l'électricité moderne ; vous l'avez suivie dans cette voie, et désormais les noms de Coulomb, de Volta, d'Ampère, de Ohm et de Faraday demeureront étroitement liés aux applications journalières des doctrines dont ils furent les heureux créateurs. L'industrie, en apprenant à répéter chaque jour ces noms dignes de la vénération des siècles, rendra témoignage de la reconnaissance due par l'humanité tout entière à ces grands esprits... "


Une mode nouvelle est née : celle de la "vulgarisation" scientifique qui s'exprime dans les musées, les expositions internationales, les revues superbement illustrées, en particulier celles relatives à l'électricité : L'Electricité (1876), La Lumière électrique (1879), L'Electricien (1881). Le savant est devenu un personnage qu'il est bon de "populariser".


Le choix de donner aux unités le nom de célébrités scientifiques ne fait cependant pas l'unanimité. A l'occasion du congrès de 1889, Marcelin Berthelot le regrette. "Poncelet, Ampère, Watt, Volta, Ohm, sont maintenant des racines de noms dont la plupart n'ont pas de rapport nécessaire et immédiat avec les hommes qui les ont illustrés". "Le contraste est bien remarquable, ajoute-t-il, avec l'allure essentiellement impersonnelle qu'avait la nomenclature scientifique, il y a seulement quatre vingt ans". D'ailleurs prévoit-il "Il est bien à craindre que le siècle prochain, par la force même de la marche en avant et des modifications des sciences, ne supprime cette terminologie".


Pourtant les noms de Kelvin, de Hertz, de Siemens,  de Tesla, de Henry et de bien d'autres, viendront, dans les décennies qui suivront, s'ajouter à la liste des unités. Le nom de Ampère figurant même dans la liste des quatre unités fondamentales de notre actuel Système International.


Les suites du congrès de 1881 : le joule, le watt...

 

En 1882 l'Association Britannique propose des unités d'énergie et de puissance électriques. Le système C.G.S  comporte déjà une unité de travail, l'erg, (1erg = 981 g.cm2.s-1) déduite d"une unité de force, la dyne, (1dyne = 981 g.cm.s-2) et une unité de puissance : l'erg/s.


Pour l'unité pratique d'énergie elle suggère d'appeler joule le "volt-coulomb" qu'elle utilisait précédemment.

Les électriciens britanniques considèrent Joule (1818-1889) comme l'un des leurs. Ses premiers travaux scientifiques en 1838 portent sur le magnétisme et, à peine âgé de 21 ans il découvre la "saturation magnétique", c'est-à-dire la valeur limite atteinte par l'aimantation d'un noyau d'acier excité par un champ magnétique. En 1842, il découvre la loi qui porte son nom et qui établit la relation entre l'énergie calorifique, W, dégagée pendant un temps donné, t, par une résistance, R,  parcourue par un courant d'intensité I. Loi que nous écrivons : W = R.I2.t. Il n'a encore que 24 ans et se consacrera bientôt à établir la relation traduisant la transformation directe du travail mécanique en chaleur.


 Pour la puissance, l'Association propose le watt à la place du "volt-ampère". Ce faisant, elle empiète sur le territoire des "mécaniciens" dont Watt est l'un des éminents représentants.


La conversion avec les unités de travail et de puissance utilisées par les mécaniciens donne alors :


  1 kilogrammètre = 9,81 joules

  1 cheval-vapeur = 736 watts

 

En 1884 la "conférence internationale pour la détermination des unités électriques" se réunit à Paris. Elle fixe la valeur de l'ohm : résistance d'une colonne de mercure de 1 millimètre carré de section et de 106 cm de longueur à la température de la glace fondante. Des étalons seront construits.


L'ampère est défini comme le courant dont la valeur absolue est 0,1 unité électromagnétique CGS.


Le volt est la force électromotrice qui "soutient" un courant de un ampère dans un conducteur dont la résistance est l'ohm légal.

 

En 1889, le congrès international des électriciens revient à Paris à l'occasion de l'exposition internationale. Le joule et le watt sont confirmés comme unités d'énergie et de puissance. Le kilowatt est retenu à la place du cheval-vapeur pour la mesure de la puissance des moteurs électriques.


De façon quelque peu provocatrice, le congrès des électriciens invite le congrès des mécaniciens qui se tient dans la même période à renoncer au cheval-vapeur, à adopter le système CGS et à clarifier les notions de "force" et de "travail" trop souvent utilisées l'une pour l'autre dans les textes des mécaniciens.

 

Des mécaniciens dépassés :


Les mécaniciens acceptent de clarifier les notions de force et de travail et décident que :


- Le mot force ne sera plus utilisé désormais que comme synonyme d'effort.



- Le mot travail désignera le produit d'une force par le chemin que décrit son point d'application dans sa propre direction.


- Le mot puissance sera exclusivement employé pour désigner le quotient d'un travail par le temps employé à le produire.


En revanche, ils ne renonceront pas à leurs unités propres, aussi archaïques puissent-elles paraître à leurs confrères électriciens :


- L'unité de force reste le kilogramme-force (poids, à Paris, d'une masse de un kilogramme).


- L'unité de travail est le kilogrammètre (travail d'une force de 1 kilogramme-force qui déplace son point d'application de 1 mètre dans sa direction).


- L'unité de puissance est, au gré de chacun : le cheval-vapeur de 75 kilogrammètres par seconde et le poncelet de 100 kilogrammètres par seconde.


Le mot énergie subsiste alors dans le langage comme une généralisation fort utile comprenant les différentes formes équivalentes : travail, force vive, chaleur... Il n'existe pas d'unité spéciale pour l'énergie envisagée dans toute sa généralité : on l'évalue numériquement suivant les circonstances, au moyen du joule, du kilogrammètre, de la calorie, etc.


L'obstination des mécaniciens vaudra aux lycéens de continuer à apprendre, jusqu'aux années 1960, que la force s'exprime en kilogramme-force (kgf), le poids en kilogramme-poids (kgp), le travail en kilogrammètres, la puissance mécanique en cheval-vapeur.

 

En 1893, se tient à Chicago un congrès des électriciens qui est présenté comme le second congrès "officiel" après celui de 1881. Les gouvernements des pays participants y sont représentés et les décisions auront force de loi internationale. Les unités déjà choisies y sont confirmées et précisées.


- L'ohm international sera défini de façon pratique par une colonne de mercure de 1 millimètre carré de section, de 106,3 cm de longueur et d'une masse de 14,4521 gramme.


- L'ampère international sera le courant qui déposera 0,00118 gramme d'argent par seconde à la cathode d'un électrolyseur à nitrate d'argent.


- Le volt international sera la force électromotrice correspondant aux 1000/1434 de celle de la pile Clark, une pile à dépolarisant qui, à cette époque, a détrôné le pile Daniell.


- Le joule et le watt sont confirmés.


La puissance invitante n'est pas oubliée : le henry est reconnu comme unité internationale de mesure de l'inductance magnétique d'un circuit électrique.

 

Vers le système M.K.S.A


Les électriciens britanniques, et en particulier Maxwell, ressentent, dès les années 1860, la nécessité de compléter le système CGS par une unité spécifique à l'électricité comme l'unité de charge électrique ou celle d'intensité d'un courant.


Nous avons déjà noté que deux systèmes concurrents, l'un issu de l'électrostatique et de la loi de Coulomb, l'autre de l'électromagnétisme et de la loi de Laplace, donnent des dimensions différentes pour les unités.


Dans le système électromagnétique, par exemple, la résistance a la dimension d'une vitesse (elle s'exprime par le quotient d'une longueur L par un temps T). Dans le système électrostatique elle a celle de l'inverse d'une vitesse (quotient d'un temps T par une longueur L).


De même toutes les unités de charge (quantité), d'intensité (courant), de tension (potentiel), de capacité... ont des dimensions différentes dans les deux systèmes. On note également que le rapport entre les dimensions des grandeurs électriques dans chacun des systèmes fait intervenir la dimension d'une vitesse v, remarque dont nous avons souligné l'importance dans la théorie de Maxwell.


Tableau établissant les dimensions des unités dans les deux systèmes électrostatique et électromagnétique (Maxwell, traité d'électricité et de magnétisme)


Le système C.G.S ayant été construit exclusivement à partir du système électromagnétique était mal adapté à l'électrostatique.

 

En 1901 l'ingénieur électricien italien Giovanni Giorgi propose une solution qui vise à concilier ces deux systèmes et qui aboutit au choix de l'ampère comme unité électrique de base, du mètre comme unité de longueur, de la seconde comme unité de temps. Pour les masses, même si le préfixe "kilo" est inadapté pour désigner une unité, c'est le kilogramme qui est choisi (encore une cicatrice héritée du passé vivant des sciences).


Ce système prend alors le nom de système Giorgi ou système MKSA. En 1906 est créée la Commission Electrotechnique Internationale (C.E.I) dont l'une des missions est de normaliser le système de mesures destinées à l'électricité industrielle. Il faut, cependant, attendre 1946 pour que le système MKSA soit retenu par le Comité International des Poids et Mesures.


En 1948 la Conférence Générale des Poids et Mesures propose le newton comme unité de forces (force capable de procurer à une masse de 1kg une accélération de 1m/s2). Les unités mécaniques et électriques sont enfin unifiées.


Le joule qui était jusqu'alors défini comme l'énergie dégagée pendant une seconde par un courant de un ampère traversant une résistance de un ohm devient également le travail d'une force de un newton déplaçant son point d'application de un mètre dans sa direction.


Le système MKSA prend alors le nom de système international (S.I), adopté par la 11e Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) en 1960. Le 3 mai 1961 la République française publie le décret n° 61-501 rendant légal le système S.I en France.

 

Victoire définitive du système des électriciens sur celui des mécaniciens. Professeurs et lycéens peuvent désormais oublier kilogramme-force, kilogrammètre et cheval-vapeur au profit des newton, joule et watt.

 

__________________________________________________________

 

Cet article fera partie d'un ouvrage publié en juin 2009 chez Vuibert

__________________________________________________________

 

Voir aussi

Le coulomb, l'ampère, le volt, le watt, l'ohm... Quand sont nées les unités électriques ? link

Dans les coulisses du Congrès international des électriciens de 1881 link

Les systèmes d'unités électriques et leur unification  link


___________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________

 

Repost 0
18 avril 2009 6 18 /04 /avril /2009 17:50

 

L'exposition Internationale d’électricité de 1881, à Paris.
par Gérard Borvon

 






                Nous avons noté le développement du télégraphe et du téléphone comme moteurs de l'industrie des piles et accumulateurs. Le début de l'éclairage électrique par les lampes à incandescence en est un autre tout aussi important.


La lumière électrique.


         "La Lumière Electrique" est le titre de la revue lancée le 15 avril 1879 par "l'Union des syndicats de l'électricité". C'est dire l'importance attribuée à cette nouvelle branche d'activité au moment où s'ouvre l'exposition de 1881.


         La lampe électrique a d'abord été une lampe à arc. Quand on approche, à faible distance, deux charbons soumis à une forte tension, un arc électrique jaillit qui dégage une vive lumière. Pour en faire un usage industriel plusieurs problèmes doivent être résolus.


         Premier problème : les charbons s'usent et l'écart entre les deux augmente jusqu'à ce que l'arc soit interrompu. Des régulateurs sont nécessaires afin de maintenir automatiquement les charbons dans leur position. Foucault, en France, en propose un qui connaîtra le succès. On lui doit aussi le choix de "charbons de cornue" (poudre de charbon issue des usines à gaz et fortement comprimée), bien plus résistants que de simples  tiges de charbon de bois jusqu'à présent utilisées.


         Second problème : la source de tension. Les premières installations utilisent des piles. La première de ce type à Paris est réalisée pour des effets de lumière sur la scène de l'Opéra construit par l'architecte Garnier et inauguré officiellement en 1875. Le sous-sol de l'Opéra abrite 360 piles Bunsen (piles à dépolarisant : Zinc amalgamé-acide sulfurique/charbon de cornue-acide nitrique) assemblées sous forme de six batteries de 60 éléments chacune. Les ouvriers chargés de leur entretien baignent dans une atmosphère acide combattue par les vapeurs d'ammoniac issues de soucoupes réparties dans la pièce.



Salle des batteries de piles Bunsen  dans le sous-sol de l'Opéra à Paris



         Une telle installation n'est à l'évidence pas adaptée à un éclairage à grande échelle. Celui-ci ne se développera qu'avec l'apparition des premières grosses génératrices.


         L'exposition internationale de 1878, à Paris, avait été l'occasion d'une première démonstration. Le 3 mai, vers huit heures du soir, trente deux globes de verre émaillé, placés le long de l'avenue de l'Opéra s'étaient allumés à la fois projetant une clarté douce et blanche que les observateurs comparaient à celle d'un beau clair de lune.


Les plus anciens se souvenaient avoir ressenti le même choc quand, soixante ans plus tôt, les premiers réverbères fonctionnant au gaz d'éclairage avaient été allumés sur la place du Carrousel. Aujourd'hui leur lumière paraissait rougeâtre et fumeuse et les rues proches de l'Opéra, qu'ils éclairaient, semblaient bien sombres comparées à la clarté de l'Avenue voisine. Moderne au début du siècle, l'éclairage au gaz de ville semblait soudain dépassé.


         Les lampes utilisées à Paris étaient équipées de "bougies de Jablochkoff", version récente et commode des lampes à Arc. Jablochkoff, ingénieur d'origine russe a trouvé le dispositif permettant de se passer de régulateur.



Bougie de Jablochkoff

        

Les deux charbons sont parallèles et portés par un support métallique. Ils sont séparés part un isolant à base de kaolin qui fond dès que l'arc l'atteint. Les deux charbons sont calibrés pour se consumer à la même vitesse : en courant continu, l'un a une section double, en courant alternatif ils sont identiques. Ils sont montés dans des globes de verre translucide afin de diffuser la lumière.


         Chaque bougie peut brûler pendant une heure et demie. Un support porte six bougies qu'un commutateur permet de mettre en œuvre à tour de rôle. Chaque candélabre dispose ainsi, au minimum, de 9 heures d'éclairage.


         Les 46 candélabres installés par la Compagnie Générale d'Electricité dans le quartier de l'Opéra et du Théâtre-Français sont alimentés en courant alternatif au moyen d'un nouveau type de machine Gramme.


         Le même système illumine les quais de la Tamise à Londres.



Eclairage à Londres en 1878



La démonstration réalisée à l'exposition internationale de 1878, porta ses fruits. Des ateliers, plusieurs places ou rues, des gares, l'hippodrome, adoptèrent le procédé. Les grands magasins en particulier y trouvèrent la solution aux incendies qui avaient ravagé plusieurs d'entre eux pour cause d'éclairage au gaz. Les grandes villes d'Europe et d'Amérique suivent le même mouvement.


Notons que le système donne un bon éclairage mais qu'il n'est pas sans danger. Les hautes tensions mises en jeu demandent des câbles bien isolés et des précautions d'usage qui en limitent la généralisation. De plus la lumière est intense et ne s'adapte qu'aux grands espaces. Il est hors de question de l'utiliser, à la place de l'éclairage au gaz, dans les appartements.


L'exposition de 1881 apporte une solution à ce problème de l'éclairage domestique : celle des lampes à incandescence.


Des lampes adaptées à chaque usage, qui peuvent fonctionner pendant plusieurs centaines d'heures, que l'on allume ou que l'on éteint en actionnant un simple commutateur, qui utilisent des tensions relativement basses… que rêver de mieux.


Les lampes Edison, Maxim, Swan … sont une des attractions de l'exposition.


Elles reposent toutes sur le même principe : un filament conducteur en carbone contenu dans une ampoule où on a réalisé le vide. On peut les utiliser isolément ou en équiper des lustres. Elles fonctionnent sous une tension faible (100 ou 50 volts pour les lampes Edison) mais consomment un courant de forte intensité (0,7 ampères pour les lampes Edison).



A : lampe Edison à filament de bambou du Japon carbonisé.

B : Lampe Maxim, carton Bristol carbonisé.

C : Lampe Swan, fil de coton carbonisé

               



 

Lustre Swan.


Edison est celui qui réussit le mieux sa publicité. Deux grandes salles lui sont consacrées où il présente l'essentiel de ses inventions : son téléphone et son télégraphe quadruplex qui permet de faire passer plusieurs messages en même temps dans les deux sens, ses lampes à incandescence et les machines qui les alimentent. Il a même l'habileté de faire réaliser sur place la fabrication des lampes à partir de tiges de bambou.


Chaque fabricant de lampes propose un système de distribution complet et, d'abord, les génératrices qui les alimentent.


Les nouvelles génératrices


Celle proposée par Edison doit pouvoir alimenter 1000 lampes c'est-à-dire fournir jusqu'à 700 ampères. Il faut donc limiter tout dégagement de chaleur dans la machine elle-même. Ainsi l'induit central ne sera pas constitué d'un bobinage de fil conducteur mais de barres de cuivre logées dans le noyau de fer doux du rotor et reliées à leurs extrémités par des disques conducteurs. Le noyau de fer doux sera lui-même constitué de disques de tôle de fer,  séparées par des feuilles de papier afin de limiter le dégagement de chaleur lié au phénomène d'hystérésis magnétique. Des innovations techniques encore utilisées aujourd'hui.



Génératrice Edison


                Ce sont les génératrices exposées, celles de Edison mais aussi de Gramme et de tous les autres participants, qui éclairent l'ensemble de l'exposition. Celle-ci apparaît comme une véritable féerie.


L'alimentation des lampes n'est cependant pas le seul usage des génératrices, le temps est venu des moteurs électriques.


La force motrice de l'électricité.


         Les moteurs électriques sont spectaculairement illustrés par leur application à la locomotion. Le premier Tramway électrique fait ainsi son apparition à Paris. Il circule entre la place de la Concorde et le Palais de l'Industrie. Avec le téléphone et les lampes à incandescence c'est la plus belle attraction de l'exposition.




Premier tramway électrique à Paris

        

Il est dû à Siemens qui en avait déjà présenté une version à l'exposition industrielle de Berlin en 1879. Les 500m de parcours sont réalisés en une minute. Son moteur est une machine Siemens identique à celle produisant du courant dans l'exposition. En effet, toutes ces machines ont la propriété d'être réversibles, tantôt moteur, tantôt génératrice.


         Du plus gros au plus petit : le moteur électrique peut aussi alimenter des machines à coudre, une récente invention fort utile dans laquelle s'est illustré l'Américain Singer.

 


 

 

         Le spécialiste de ces petits moteurs est G. Trouvé. Il en a également équipé un canot électrique dont la démonstration sur la Seine n'était pas passée inaperçue. Mais sa plus spectaculaire réussite est d'avoir équipé un ballon dirigeable miniature que les visiteurs pouvaient voir suspendu aux poutres de l'exposition.




         Long de 3m50, il était gonflé à l'hydrogène. Le moteur et l'accumulateur Planté qui l'alimentaient pesaient moins de 500g. L'hélice tournait à la vitesse de 6,5 tours à la seconde et pouvait propulser le dirigeable à la vitesse de 2m/s.


Après l'exposition de 1881


         Naturellement, le modèle réduit de dirigeable n'avait pas d'autre vocation que d'être un objet d'étude mais il fut fort remarqué et déjà il fit germer des projets.


Le 26 septembre 1884, les frères Tissandier s'élevaient au-dessus de Paris dans un dirigeable muni d'un moteur électrique où ils se livraient à quelques manœuvres puis se laissaient dériver sur un trajet de 25 km. 


Le 9 août 1884 un nouvel aérostat également équipé d'un moteur électrique, construit par les ateliers militaires de Chalais à Meudon, soulevait deux aéronautes et réussissaient une boucle de 7,6 km réalisée en 23 minutes.



1884 : premier vol en boucle d'un dirigeable muni d'un moteur électrique.


         1886 : cinq ans nous séparent de l'exposition universelle d'électricité et seulement deux ans du premier vol réalisé à Meudon. Jules Verne publie "Robur le Conquérant" qui, dans un scénario proche de "Vingt mille lieues sous les mers", met en scène deux membres d'un club aéronautique américain et leur serviteur, enlevés par un étrange et génial ingénieur, nouveau héros des temps modernes, dans un vaisseau du ciel, sorte d'hélicoptère dont la forêt d'hélices était actionnée par des moteurs électriques.

 

L'albatros de Robur le Conquérant


Jules Verne a-t-il visité l'exposition de 1881 ? Son texte, qui fait preuve d'une solide érudition scientifique, est une parfaite illustration de ce qui y était exposé.  Quand il décrit la machinerie électrique de l'engin volant il exprime, sous forme romanesque, les espoirs attendus de cette nouvelle technique et établit, tout en les imaginant franchis, la liste des obstacles dressés sur la route des savants et ingénieurs avant qu'ils s'en rendent parfaitement maîtres.


         " Ce n'est ni à la vapeur d'eau ou autres liquides, ni à l'air comprimé ou autres gaz élastiques, ni aux mélanges explosifs susceptibles de produire une action mécanique, que Robur a demandé la puissance nécessaire à soutenir et à mouvoir son appareil. C'est à l'électricité, cet agent qui sera, un jour, l'âme du monde industriel. D'ailleurs, nulle machine électromotrice pour le produire. Rien que des piles et des accumulateurs. Seulement, quels sont les éléments qui entrent dans la composition de ces piles, quels acides les mettent en activité ? C'est le secret de Robur. De même pour les accumulateurs. De quelle nature sont leurs lames positives et négatives ? On ne sait. L'ingénieur s'était bien gardé – et pour cause – de prendre un brevet d'invention. En somme, résultat non contestable : des piles d'un rendement extraordinaire, des acides d'une résistance presque absolue à l'évaporation ou à la congélation, des accumulateurs qui laissent très loin les Faure-Sellon-Volckmar, enfin des courants dont les ampères se chiffrent en nombres inconnus jusqu'alors. De là, une puissance en chevaux électriques pour ainsi dire infinie…

         Mais, il faut le répéter, cela appartient en propre à l'ingénieur Robur. Là-dessus il a gardé un secret absolu"


         Trouver ce secret, c'est sans doute le défi que nous lance Jules Verne. Défi relevé un siècle plus tard. C'est à nouveau la recette de piles et d'accumulateurs efficaces susceptibles d'équiper nos véhicules trop polluants, ou d'alimenter les sites isolés, que recherchent nos ingénieurs.


Eclairage, moteurs ne demandent donc qu'à se généraliser à condition que l'électricité puisse être distribuée.


L'électricité à domicile.


         Les fabricants de piles ou d'accumulateurs ont leur idée : distribuer l'électricité à domicile sous forme de  piles ou de batteries préalablement chargées.


         Les fabricants de génératrices ont aussi la leur : transporter l'électricité par fils à partir d'une usine centrale. 


Piles et accumulateurs ont eu, les premiers, leur période de succès. Des immeubles, des grands magasins ont installé dans leur sous-sol des systèmes ingénieux de piles Bunsen dont l'électrode de zinc ne plonge dans l'acide que pendant le temps de fonctionnement. Des piles qui "ne s'usent que si on s'en sert".


Ailleurs des accumulateurs au plomb sont livrés à domicile comme de vulgaires sacs de charbon. Le système ne résiste cependant pas à la livraison de l'électricité par fil. Il faudra attendre la fin du siècle pour que de gros accumulateurs trouvent à nouveau leur usage dans l'alimentation des premières voitures électriques qui apparaissent alors comme les véhicules de l'avenir.



Voiture électrique 1898


         Du côté de l'électricité par fils, plusieurs constructeurs se disputent le marché. Deux conceptions les opposent : courant continu ou courant alternatif ? Le courant continu ne rompt pas avec la tradition des piles et accumulateurs et a ses partisans. Le courant alternatif a un gros mérite : il permet l'utilisation de transformateurs et le transport de l'électricité sous haute tension, ce qui limite les pertes en ligne par effet thermique et permet le transport sur de longues distances.


Progressivement le courant alternatif s'impose et le paysage urbain se modifie. Les murs des immeubles se couvrent des fils du téléphone et de l'alimentation électrique dans un réseau d'autant plus touffu que chaque compagnie a ses propres lignes qui viennent s'ajouter à celles des concurrents.


         Une telle anarchie ne pouvait que provoquer des accidents. En 1889, les lecteurs de la revue La Nature peuvent lire le récit d'un accident effroyable à New-York. Un employé des télégraphes monté réparer une ligne se trouve pris, comme dans une toile d'araignée, dans un réseau alternant fils télégraphiques et fils d'alimentation électrique. Il est littéralement carbonisé devant plusieurs milliers de spectateurs impuissants. L'auteur de l'article signale qu'il ne se passe pas une semaine sans que de tels accidents ne se produisent à New-York. En dix huit mois huit personnes ont ainsi été tuées par des fils tombés à terre et dix sept autres ont été grièvement blessées.


         La solution serait naturellement des fils enterrés. C'est celle qu'impose le conseil municipal de Paris pour l'ensemble des compagnies qui s'activent à éclairer Paris à l'occasion de l'exposition internationale de 1889, celle qui voit se dresser la Tour Eiffel dont le sommet portera deux énormes projecteurs électriques.




Systèmes de câbles électriques souterrains à Paris en 1889


         Ce louable effort initial n'empêchera pas les fils aériens et les pylônes qui les supportent de devenir l'élément de paysage le plus caractéristique du siècle à venir.


Qui dit électricité à la maison dit factures et compteurs électriques. Au mois de juillet 1888, le conseil municipal de Paris vote une somme de  20 000 francs pour ouvrir un concours dont l'objet est la construction d'un compteur électrique. Le compteur devra pouvoir fonctionner à la fois en courant continu et en courant alternatif. Pour le courant alternatif il est précisé que l'appareil devra être du type "watt-heure-mètre", le watt-heure étant devenu une nouvelle unité pratique de mesure de l'énergie électrique.


 


Le côté sombre de la force électrique.


Janvier 1889 : L'électricité jusqu'à présent utilisée en médecine pour chercher à guérir, voir même ressusciter,  va l'être pour tuer.


A partir de cette date l'état de New-York a décidé de remplacer la mort par pendaison par l'électrocution des condamnés. Les industriels sont invités à proposer le meilleur procédé qui sera évalué par la Société médico–légale de New-York.  Il est indiqué que des tensions de 1000 à 1500 volts doivent être utilisées à des fréquences de 300 périodes par seconde. Le rapport du comité chargé du dossier recommande des "électrodes de 2,5 à 10 cm de diamètre couvertes d'une mince couche d'éponge et de peau de chamois imbibée d'une solution légère de sel commun". Elle précise aussi que le condamné doit être assis.


Le "Scientific Americain" du début de l'année 1889, rend compte des expériences menées en décembre 88 au laboratoire de Edison qui est l'un des inspirateurs de la loi. Celui-ci teste des tensions inférieures à celles proposées. Un veau de 57kg se relève après un choc administré par une tension de 50 volts mais meurt au bout de 8 secondes quand la tension est de 770 volts. Un cheval de 590kg meurt également après avoir été soumis pendant 25 secondes à une tension de 700 volts. On se propose même de tuer, par le même procédé, l'éléphant "Chief", le plus grand de l'état de New–York, qui est devenu dangereux.


Bientôt un condamné doit être exécuté et son avocat proteste contre l'utilisation de la "chaise électrique" estimant que ce moyen amenait une mort lente et douloureuse, ce qui était contraire à la constitution. Edison est formel : il sait par expérience qu'un homme ne peut pas résister à une tension alternative de quelques centaines de volts.


La première exécution est faite le 6 août 1890. Le condamné, William Kemmler, a attendu 14 mois son exécution. La revue La Nature décrit l'installation retenue. C'est une génératrice à courants alternatifs Westinghouse. Edison doit se contenter de voir ses lampes utilisées pour le tableau de commande. Une vingtaine d'entre elles indiqueront par leur éclat que la tension de 1000 volts nécessaire est bien atteinte et s'éteindront au moment de la décharge suivant un scénario qui deviendra classique par la suite.


L'exécution de William Kemmler en 1890

        

L'exécution se passe mal. Après 17 secondes de passage du courant le condamné émet des râles de souffrance. Il faut remettre la tension. La question se pose : fau-t-il continuer à utiliser ce procédé ?


Le docteur A.P.Southwick, le père de la loi, affirme que Kemmler est mort sans souffrir et défend la méthode. Le fournisseur de la dynamo et la société Westinghouse se défendent : elle a été mal installée. Simplement posée sur le sol, elle vibrait et se déplaçait au point même de risquer de perdre la courroie qui la reliait à la machine à vapeur.


Edison en profite pour se rappeler au bon souvenir des autorités. Il rappelle qu'il est opposé à la peine de mort et que c'est par humanité qu'il a proposé l'usage de l'électricité. Il reproche aux médecins d'avoir fixé les électrodes sur la tête et la colonne vertébrale de façon à s'attaquer au cerveau du condamné alors que dans toutes les morts accidentelles par électrocution, le courant était passé par les mains provoquant l'arrêt cardiaque. Il ajoute d'autre part que si les contacts avaient été bons, une tension plus faible aurait été suffisante car les 1300 volts appliqués auraient dû littéralement carboniser le condamné.


La revue La Nature qui relate l'évènement fait remarquer que la polémique n'est sans doute pas étrangère au fait que Edison préconise la distribution de l'électricité par basse tension alors que Westinghouse préconise les hautes tensions.


La mort par l'électricité aura une longue carrière aux USA, émaillée  des récits horribles de corps torturés. La mort par injection chimique actuellement proposée, à nouveau sous prétexte d'humanité, provoque les mêmes débats qui ne s'arrêteront qu'avec la fin, que l'on ne peut que souhaiter proche, de la peine de mort aux USA.


Les sciences et les techniques sont de plus en plus confrontées à l'usage qui en est fait. La même technique qui peut faire progresser l'humanité peut aussi devenir un instrument de barbarie. Les exemples se multiplieront dans le siècle suivant.


Quel futur pour l'électricité ?


Un départ aussi fulgurant que celui de la science électrique et des techniques qu'elle a fait naître ne pouvait qu'inspirer les prophéties.


Edouard Hospitalier dans La Nature (1882, premier semestre) imagine l'usage à venir des accumulateurs :


"Les études sont dirigées aujourd'hui du côté des accumulateurs, et l'on peut espérer que, on sera arrivé à les construire assez légers pour pouvoir faire fonctionner des véhicules pendant quelques heures à l'aide de l'électricité emmagasinée. Il sera facile alors d'établir en certains points de la capitale de véritables relais où l'on viendra recharger les accumulateurs en les branchant sur la canalisation générale de la distribution. On aura ainsi réalisé le cheval de fiacre électrique et la nourriture électrique.

         Nous n'en sommes pas encore là au point de vue de la pratique, mais combien d'années encore cette utopie mettra-t-elle à devenir une réalité."


         Combien d'années ? E. Hospitalier, comme ses contemporains, était certain que l'électricité était l'énergie de l'avenir et avec elle la locomotion électrique. C'était compter sans le pétrole dont on commençait seulement à imaginer l'usage possible dans ces moteurs à explosion dont le premier brevet avait été déposé par les frères Niepce en 1807 à un moment où ils ne disposaient pas encore du combustible idéal (leur prototype fonctionnait à la poudre de lycopode, spores d'un champignon). Un siècle plus tard, effet de serre et épuisement des ressources combinés, l'idée de la voiture électrique, à condition que la production d'électricité  ne soit  pas elle-même source de pollution, intéresse à nouveau pouvoirs publics et industriels.


         Les idées ne manquaient déjà pas au siècle de l'avant-pétrole. Louis Figuier, rendant compte de l'exposition de 1881 dans L'année Scientifique de 1882, expose les siennes : utiliser les énergies des chutes d'eau, des marées, des fleuves.


         "Créer de l'électricité par la force primitive, transporter cette électricité à distance au moyen d'un fil, et à cette distance changer de nouveau cette électricité en mouvement… des forces naturelles aujourd'hui perdues pourraient être utilisées en les transportant à une distance plus ou moins grande.


         Il y a par exemple, dans les Alpes, dans les Pyrénées, dans les Apennins, dans les Andes, d'immenses chutes d'eau qui pourraient produire de grands effets mécaniques, et qui sont perdues parce que l'on n'a pas le moyen de les utiliser sur place. Transportez cette force du pied des Alpes, par exemple, jusque dans une usine située à 20 ou 30 kilomètres, et vous disposerez ainsi d'une puissance qui était perdue, qui ne sera pas assurément gratuite, mais qui sera un accroissement de votre énergie mécanique.


         Les marées sont une force naturelle immense, mais dont on ne peut tirer parti sur les rivages de l'océan. Transformez en électricité, au moyen d'une machine dynamo-électrique, la force mécanique de l'influx marin recueilli sur les côtes, et transportez au loin cette électricité… et vous aurez tiré parti d'une force naturelle qui jusqu'ici n'a jamais pu être utilisée sérieusement…


         La roue d'un modeste moulin peut même être employée à produire de l'électricité, et cette électricité transporter au loin l'énergie mécanique de la chute d'eau"


         Nous trouvons dans cette énumération une grande partie des énergies renouvelables que nous exploitons aujourd'hui ou que nous souhaitons exploiter dans l'avenir. L'énergie des chutes d'eau a déjà largement été mise à profit. Celle des barrages sur les fleuves commence à atteindre ses limites car la terre qu'ils engloutissent est, elle aussi, un bien précieux. Quelques usines marée-motrices fonctionnent mais surtout on commence à peine à expérimenter l'usage d'hydroliennes utilisant les courants marins.


En y ajoutant l'énergie du vent et surtout l'énergie solaire on aura complété la panoplie des alternatives aux énergies fossiles qui constitueront probablement une part essentielle de notre futur.

___________________________________________


Cet article fait partie d'un ouvrage à paraître en juin 2009 ches Vuibert

___________________________________________


 

On peut lire aussi :

 

Histoire de l'électricité. Histoire des unités électriques.

 

 

 

Histoire de l'électricité. Les voitures électriques dans le Paris de la belle époque.



Au moment où le tramway fait l'actualité parisienne couplé avec le problème de la pollution de l'air et celui de la lutte contre l'effet de serre, il peut être amusant de se pencher sur l'histoire des débuts de la locomotion automobile à Paris. Une période où la principale pollution était due au crottin de cheval, où le pétrole servait essentiellement à alimenter les lampes et où les tenants du "progrès" espéraient beaucoup de la traction électrique.



link

 


__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________

 

 

 

Repost 0
18 avril 2009 6 18 /04 /avril /2009 17:31


L'exposition Internationale d’électricité de 1881, à Paris.

par Gérard Borvon


 

 

Sur le plan théorique, la découverte de la pile électrique en 1800, puis de l'électrolyse, a eu pour premier effet la découverte de nouveaux corps simples et de rapides progrès dans la compréhension des réactions chimiques.


 

Sur le plan technique les retombées immédiates ont été plus modestes et se sont cantonnées essentiellement au dépôt d'or, d'argent, de cuivre ou d'un autre métal par électrolyse. Les orfèvres ont été les premiers utilisateurs du procédé. Plus tard la galvanoplastie deviendra une activité industrielle.


 

Un nouveau pas est franchi en 1820 avec la découverte de l'action magnétique des courants électriques par Oersted et son application aux électroaimants avec Ampère et Arago. Cette fois les retombées techniques sont rapides et d'une extrême importance.


 

Un exemple : des piles et des électroaimants suffisent à imaginer le télégraphe. La première liaison télégraphique deviendra possible quand son alphabet aura été établi par Morse. Elle est réalisée en 1844 entre Washington et Baltimore. Bientôt les lignes télégraphiques doubleront les voies de chemin de fer et traverseront les océans.


 

La confection et la pose des câbles télégraphiques devient une industrie qui, à son tour, réclame l'aide des "savants" pour l'étude de la résistance électrique des métaux, celle des isolants, celle de la propagation des signaux. Ou encore pour la mise au point de standards internationaux. Nous en reparlerons.

 


 

L'époque des génératrices électriques.

 

 

La découverte des courants induits par Faraday en 1831 ouvre des perspectives industrielles encore plus ambitieuses. Déjà la roue de Barlow était une première approche d'un moteur électrique. Mais pour actionner des moteurs d'une puissance respectable il fallait des puissances électriques que les piles n'étaient pas à même de fournir. Les premières génératrices issues des découvertes de Faraday vinrent répondre à cette demande.


 

On cite généralement la machine inventée en 1832 par Antoine Hippolyte Pixii comme la première génératrice à courant continu. Un aimant permanent tourne devant les deux pôles d'une bobine enroulée autour d'une armature de fer doux repliée en U. Un courant est créé dans la bobine à chaque passage des pôles de l'aimant devant ses propres pôles. Un problème cependant : ce courant est alternatif, son sens changeant suivant que les pôles de l'aimant s'approchent ou s'éloignent de la bobine. Toute l'astuce de Pixii tient à l'idée d'un "commutateur" relié à la bobine et monté sur l'axe de rotation de l'aimant (on dira par la suite un "collecteur"), permettant d'inverser le sens du courant dans le circuit récepteur extérieur à chaque tour de l'aimant. Ainsi la génératrice produit un courant circulant toujours dans le même sens.

 

 

La machine de Clarke est construite sur le principe inverse : ce sont les bobines qui tournent devant un aimant permanent. La machine de la "Compagnie de l'Alliance" constituera une application industrielle de ce principe. Quatre séries de bobines portées par un rotor de bronze tournent devant huit rangées d'aimants permanents. Cette machine, dont le rotor est actionné par une machine à vapeur, sera utilisée pour l'éclairage des phares.

 

 


 

 

La machine de l'Alliance montre, déjà, à quelle vitesse les industriels sont capables de passer d'un prototype léger à une machine aussi puissante que robuste. L'industrie électrique profite de toutes les techniques de la "révolution industrielle" de ce 19ème siècle qui a déjà commencé à transformer la planète par la maîtrise du charbon, de la vapeur, de la fonte et de l'acier.

 

 

La prochaine étape vers l'amélioration de ces machines consistera à remplacer les aimants permanents par des électroaimants. Les machines "dynamoélectriques" remplacent les machines "magnétoélectriques". Nous arrivons ainsi à l'une des plus célèbres parmi les premières d'entre elles : la machine Gramme.

 

 

Né en Belgique, Zénobe Gramme (1826-1901), est un ancien ouvrier de la Compagnie de l'Alliance. Autodidacte il met au point une série de génératrices dont la série commence par un simple "anneau" tournant dans le champ d'un électroaimant et se poursuit par de solides et puissantes machines adaptées aux différents usages de l'industrie électrique naissante : éclairage, force motrice….

 

 


Machine Gramme à courant continu

 

 

         Nous ne détaillerons pas les différentes étapes des travaux de Gramme. Disons cependant que, après Ruhmkorff (1864) et Bell (1880), il se voit attribuer, en 1888, le prix Volta de 50 000 francs par l'Académie des Sciences. Signe de l'importance accordée par les scientifiques aux découvertes de ce technicien.


 

         Avec l'électromagnétisme les sciences et les techniques sont intimement liées. Une expérience de laboratoire débouche rapidement sur son développement technique, une innovation technique ouvre de nouvelles voies de réflexion ou permet la vérification d'une théorie en attente de validation.


 

         Un évènement a particulièrement illustré cette rencontre entre sciences et techniques, entre savants et ingénieurs : l'exposition internationale d'électricité de 1881.

 


 

L'Exposition Internationale d'Electricité de 1881 à Paris.

 

 

         Les expositions internationales constituent ces grands rendez-vous du 19ème siècle entre les états du monde "développé". Chacun y expose sa puissance technique et économique dans une rivalité qui s'affirme vouloir n'être que "pacifique".

 

 

 

         L'électricité y prend naturellement toute sa place. C'est le cas à Londres en 1862, à Paris en 1867 et 1878, à Vienne en 1875 et à Philadelphie en 1876. Mais l'exposition de 1881, à Paris, est une innovation. C'est la première fois qu'une exposition internationale est entièrement consacrée à l'électricité et à ses applications. Cette rencontre prendra une importance particulière avec l'organisation, pendant l'exposition, du premier congrès international des électriciens.

 

 

 


Vue d'ensemble de l'Exposition Internationale d'Electricité.1881.

 

        

750 000 personnes visiteront l'exposition entre le 11 août et le 20 novembre. Dès l'entrée dans le Palais des Champs-Élysées le spectacle est grandiose. Au milieu du rez-de-chaussée, un phare électrique, modèle de ceux qui doivent être installés sur les côtes, éclaire la salle de ses feux tournants de différentes couleurs. Ce phare symbolise à lui seul deux des grandes affaires de cette exposition : l'éclairage et l'utilisation des génératrices électriques de forte puissance.

 

 

Proposons-nous un tour de l'exposition en visitant successivement ses principaux centres d'intérêt :

 

- la communication par signaux électriques.

- les piles et accumulateurs électriques.

- l'éclairage électrique.

- la production d'électricité par les génératrices.

- les moteurs électriques.

 

 

 

Télégraphe et téléphone :

 

 

         Le télégraphe occupe nécessairement une place importante dans cette exposition. C'est en 1838 que Samuel Morse a fait breveter, en même temps que son alphabet, l'emploi des électro-aimants associés à un système de levier émetteur et de récepteur enregistreur. L'interruption du courant dans le circuit émetteur, alimenté par une source de tension continue, produit un courant induit de rupture dans la bobine émettrice. Ce courant, à son tour, actionne un électroaimant récepteur et le levier inscripteur qui lui est associé.


 

Depuis cette date le télégraphe  a déjà fait le tour du monde et il s'est amélioré. Le télégraphe à cadran en usage dans les chemins de fer se lit sur des cadrans portant les lettres de l'alphabet. Le télégraphe imprimeur de Hughes utilise un clavier du type de celui de nos actuelles machines à écrire. Le système Wheatstone utilise des bandes perforées. Le système Baudot est un concentré d'ingéniosité. Il permet d'expédier, ensemble, plusieurs signaux qui, de plus, sont imprimés à l'arrivée. Avec le procédé duplex d'Edison les messages peuvent se croiser sur la même ligne.


 


Station télégraphique utilisant le télégraphe Baudot. Paris 1881.

 

        

Mais l'attraction vedette de l'exposition est le téléphone.


 

         L'appareil avait déjà été présenté en 1876 à l'exposition de Philadelphie. Tel que décrit par Louis Figuier il est d'une extrême simplicité :


 

         "Le téléphone se compose surtout d'un aimant, aux pôles duquel sont fixées deux petites bobines de fil isolé. Des courants d'induction peuvent s'établir dans les fils de ces bobines par l'action de l'aimant. En face des pôles de l'aimant est tendu un disque de tôle très mince, qui porte en son centre une petite tige en fer doux, qui oscille devant l'écran, quand la plaque de tôle est en état de vibration. Une espèce d'entonnoir est destiné à faire converger les sons vers la plaque vibrante.

         Quand la plaque se met à vibrer sous l'influence de la voix humaine, la petite tige que porte cette plaque avance ou recule, et aussitôt des courants magnétoélectriques s'établissent dans les fils des bobines qui environnent l'aimant, et ces oscillations répondent exactement à celles de l'air qui sont produites par la voix. Les bobines sont reliées au fil télégraphique électrique, lequel peut avoir une longueur quelconque pourvu que son isolement soit parfait. Les ondulations magnétoélectriques se propagent dans toute la ligne, et à la station d'arrivée, traversent les bobines de l'aimant qui est identique par sa construction avec celui qui se trouve à la station opposée ; les ondulations magnétoélectriques sont, à leur tour, converties en ondulations sonores par la plaque vibrante du récepteur de cet instrument".

 

 

En 1877,  l'Américain Graham Bell stupéfiait ses invités en établissant une conversation entre les villes de Boston et Malden distantes de 9 kilomètres en utilisant les lignes télégraphiques existant entre ces deux villes. Mieux, un pianiste joue de son instrument à Malden, une cantatrice y chante un air à la mode. Ce concert improvisé fait sensation quand il est entendu à Boston.


 

Bell multiplie les démonstrations. La revue La Nature du deuxième semestre de 1877 décrit une transmission entre Boston et North-Conway, villes distantes de 230 km. La conversation est parfaitement nette malgré une résistance de la ligne télégraphique estimée à 40 000 ohms.


 


A l'écoute du téléphone Bell.

 

 

Le téléphone de Bell et ses variantes, tel celui de Edison, se répandent avec une extrême rapidité. La raison essentielle en est la densité du réseau de lignes télégraphiques déjà existantes. Elles sont utilisées par le téléphone qui a d'ailleurs souvent  été désigné comme un "télégraphe parlant".


 

Le problème est cependant celui de la résistance électrique de ces lignes et la faible intensité du signal émis. Les cinq ans qui séparent la découverte de l'exposition de 1881 ont été mis à profit par Bell lui-même et par d'autres ingénieux techniciens pour trouver des solutions.


 

Un premier "amplificateur" est utilisé au niveau de l'émetteur. Celui-ci devient un "microphone" capable de transmettre au loin les sons les plus faibles. Sa réalisation met en œuvre une propriété du graphite dont la découverte est attribuée à l'Américain David Hughes. Un bâton de graphite présente une résistance qui varie en fonction de la pression exercée entre ses extrémités taillées en pointe. L'une des pointes étant appuyée sur la membrane, une simple vibration produit une variation de la résistance de la tige. Celle-ci étant conductrice peut être reliée à la ligne de transmission par l'intermédiaire d'une pile. L'intensité du courant débité par la pile variera donc au gré des vibrations et son intensité sera bien plus forte que celle du faible courant produit dans la bobine inductrice initialement proposée par Bell.


 

Dès lors la résistance des fils de la ligne télégraphique n'est plus un problème. Plusieurs microphones sont ainsi présentés à l'exposition dont celui construit par Darsonval et Paul Bert qui comporte une série de tubes de graphite soumis à une pression réglable.


 


Téléphone à tiges de graphite de Darsonval et Paul Bert


 

Un autre procédé utilisant des pastilles de poudre de graphite comprimée a été développé par Thomas Edison déjà renommé pour être le constructeur du premier phonographe. Le génial inventeur américain, qui n'a encore que 34 ans au moment de l'exposition, est déjà l'un des plus actifs dans le domaine de la télégraphie. Il est tout naturellement concerné par la téléphonie dans laquelle il se révèle un concurrent redoutable pour Bell.


 

A Paris, en 1881, le Ministère des Postes et Télégraphes a confié la mise en scène de la téléphonie à la Société Générale des Téléphones de l'ingénieur Bréguet utilisant le système de Clément Ader, le futur constructeur du premier avion.


 

Pour le chroniqueur scientifique Louis Figuier : "Cette application si nouvelle et si extraordinaire du téléphone, consistant à faire entendre  à distance des sons musicaux et autres, a été la surprise, la merveille, le grand évènement de l'Exposition de 1881 pour le public, et l'on peut ajouter, pour les savants eux-mêmes." (L'année Scientifique et Industrielle – 1878)


 

C'est une foule qui se précipite tous les soirs dans les quatre salles destinées aux démonstrations du téléphone. Il faut attendre souvent plusieurs heures avant d'entrer, par groupes de vingt, dans une salle dont les murs sont tapissés de tapis d'Orient et le sol recouvert d'un épais tapis. Là,  chacun peut écouter pendant 5 minutes les airs qui se chantent ou se jouent à l'Opéra relié à la salle par une ligne traversant les égouts.


 

L'accueil est enthousiaste : " Il faut avoir entendu dans les téléphones de l'Exposition d'Electricité, pour se rendre exactement compte de la délicatesse avec laquelle les sons se trouvent transmis. Non seulement on entend les artistes, mais on reconnaît leur voix, on distingue les murmures du public dans la salle, on perçoit ses applaudissements". (La Nature septembre 1881).


 

 


Salle de réception du "théatrophone"


 

         Il faut ajouter que le système, désigné sous le nom de "théatrophone", fonctionne en stéréophonie. Devant la scène de l'opéra des "transmetteurs" (larges plaques posées sur des tiges de graphite), sont disposés de chaque côté de la loge du souffleur. Chaque série est reliée à l'un des deux écouteurs dont dispose l'auditeur restituant ainsi le "relief" du son.


 

         Si le téléphone est une révélation pour la majorité des visiteurs, ce n'est pourtant pas une nouveauté à Paris. Il y existe un réseau dont ses promoteurs n'hésitent pas à affirmer qu'il est "le plus parfait de ceux fonctionnant aujourd'hui, tant en Europe qu'aux Etats-Unis" (revue "La Nature" premier semestre 1882). Depuis 1879 l'administration des Postes et Télégraphe a cédé l'installation du téléphone aux sociétés privées. A Paris, la "Société Générale des Téléphones" naît en 1880 de la fusion de deux sociétés préexistantes. Début 1881 elle compte 7 bureaux centraux et 300 lignes installées dans la capitale. Fin 1881, les démonstrations réalisées lors de l'Exposition Internationale font exploser les demandes d'abonnement.

 

 


Bureau central téléphonique. Avenue de l'Opéra. Paris.1881.


 

La société continue à se développer dans la France entière jusqu'en 1889, année où l'Assemblée Nationale décide de faire du téléphone un service public et de rattacher sa gestion au ministère des postes et télégraphes qui devient ainsi le ministère des P.T.T  (Poste, Télégraphe et Téléphone). Il vivra un siècle jusqu'à la loi de 1990 qui privatise les télécommunications en France.

      

 

A l'Exposition Internationale, les visiteurs n'on vu que le spectacle mais, tant pour le télégraphe que pour le téléphone, le technicien était plus intéressé par ce qui se passait dans les coulisses.


 

Toute installation demande une source de courant continu c'est-à-dire des piles ou, mieux, des "piles secondaires" c'est-à-dire des accumulateurs. Le développement du télégraphe et du téléphone fait de la construction des piles et accumulateurs une affaire industrielle.

 


 

Les sources de courant continu : les piles et accumulateurs.

 

 

         Côté piles, de sérieux progrès avaient été réalisés. La première pile volta présentait l'inconvénient de se "polariser" : les réactions chimiques à ses électrodes faisaient rapidement chuter sa tension. La pile Daniell, impolarisable était déjà un progrès mais sa forte résistance ne pouvait en faire un générateur utilisable dans la pratique. Les piles à "dépolarisant" répondaient enfin au problème.


 

Celle imaginée par Georges Leclanché est l'une des plus utilisées. En 1867, alors exilé en Belgique pour ses opinions républicaines, il dépose un brevet pour une pile dont l'électrolyte était une solution de chlorure d'ammonium et le pôle positif une plaque de charbon recouverte sur chaque face d'une couche de peroxyde de manganèse, l'ensemble étant contenu dans un vase poreux plongeant dans un deuxième vase contenant la même solution et une tige de zinc constituant le pôle négatif.


 

Elle sera massivement utilisée sur les télégraphes belges et néerlandais. De retour en France, Leclanché confie l'exploitation de son brevet à l'industriel Barbier. La pile Leclanché-Barbier est alors largement utilisée dans les télégraphes français. En 1881 l'usine, qui emploie 50 ouvriers, a vendu près de 300 000 piles. Après la mort prématurée de Leclanché en 1882 à l'âge de 43 ans, la pile sera encore perfectionnée par son fils Max pour être rendue facilement transportable. Sous différentes marques commerciales, elle est encore largement utilisée aujourd'hui.


 

Mais les piles ont de sérieuses concurrentes : les "piles secondaires" ou accumulateurs. L'idée est de Gaston Planté. En 1860 il rédige un mémoire qui est lu à l'Académie des Sciences dans lequel il décrit les propriétés d'un dispositif qu'il désigne comme une "pile secondaire".


 

L'électrolyse d'une solution d'acide sulfurique entre deux plaques de plomb oxyde la plaque reliée au pôle positif. Il se crée ainsi une dissymétrie entre les deux électrodes. En reliant les deux plaques ainsi "polarisées", Planté constate qu'un courant électrique circule dans le circuit et se maintient jusqu'au retour des plaques à l'état initial. Il a ainsi l'idée de "piles secondaires" qui seront ensuite désignées par le terme d'accumulateurs.  Concrètement cet accumulateur consiste en deux plaques de plomb parallèles enroulées en spirale et maintenues écartées par deux rubans de caoutchouc enroulés en même temps que les plaques. L'ensemble est placé dans un récipient de verre cylindrique empli d'une solution d'acide sulfurique.


 

En 1873 Planté présentait une expérience dont la mise en scène annonçait déjà les progrès à venir de l'industrie électrique.


 

Une des premières machines Gramme, utilisée en génératrice et actionnée par la force motrice mécanique de l'expérimentateur, fournissait un courant qui produisait la charge, par électrolyse, de l'élément Planté.


 

Si, après avoir ainsi chargé l'accumulateur on lâchait la manivelle, la machine Gramme se remettait en marche sous l'action du courant issu de celui-ci. L'auteur de l'article relatant cette expérience (La Nature – avril 80) y voyait l'une des "plus belles démonstrations de l'unité des forces physiques et de leur transformation mutuelle".


 

Progressivement se construisait la notion d'une "énergie" se présentant sous des formes diverses, mécanique, électrique, chimique et capable de se transformer de l'une en l'autre.

 


Machine Gramme chargeant un accumulateur Planté.

 

 

Pour communiquer à ces "accumulateurs" d'électricité une charge suffisante, il fallait les charger et décharger plusieurs fois, ce qui revenait à augmenter la couche d'oxyde sur l'anode. Pour supprimer cette première phase, l'accumulateur "Planté" est aujourd'hui constitué d'un pôle positif de plomb recouvert d'une couche d'oxyde de plomb PbO2, son pôle négatif étant de plomb. La tension aux bornes de chaque élément est de l'ordre de 2 volts. Leur disposition en batterie permet d'obtenir des tensions élevées et une faible résistance ce qui en fait des sources produisant, pendant plusieurs heures, des courants de forte intensité.


 

L'accumulateur au plomb, trop lourd, a été décrié par certains auteurs au profit d'accumulateurs au zinc plus légers. Pourtant le plomb n'a toujours pas trouvé de véritable concurrent pour les accumulateurs d'usage courant.

 


Lire la suite sur : Histoire de l'électricité. L'exposition Internationale d’électricité de 1881, à Paris (2).

____________________________________________________

____________________________________________________

 

Cet article fait partie d'un ouvrage à paraître chez Vuibert en juin 2009.




 

 

 

 

    

 

Repost 0
16 avril 2009 4 16 /04 /avril /2009 11:33

Histoire de l'aimant.

par Gérard Borvon

 

 

 

 

Poursuivre ce récit nous oblige à un retour sur nos pas. Thalès, nous disent Aristote et Hippias, communiquait la vie aux choses inanimées au moyen de l'ambre jaune mais, également, de la "pierre de magnésie" (μαγνήτις  λίθος), l'aimant naturel.



 

Contrairement à l'ambre, venu des contrées lointaines, l'aimant, oxyde de fer naturellement "magnétique" est largement réparti à la surface du globe. Ses propriétés n'en sont pas moins mystérieuses. L'un de ses noms en grec ancien : "pierre d'Hercule", témoigne de la force des pouvoirs qui lui étaient attribués.


 



Même si l'observation commune ne permettait pas de constater, de sa part, d'autres prodiges que l'attraction de quelques râpures de fer, la légende se nourrissait de récits d'îles attirant les vaisseaux munis de clous de fer et d'hommes cloués au sol par leurs souliers ferrés. Des auteurs aussi sérieux que Plutarque ou Ptolémée n'hésitaient pas à rapporter d'étranges pratiques. "Frottez un aimant avec une gousse d'ail ou du jus d'oignons, disaient-ils, et il cessera d'attirer le fer". "Trempez le dans du sang de bouc, disaient d'autres auteurs, et il reprendra toute sa force" (cité par Henri Martin, doyen de la Faculté des lettres de Rennes dans La foudre, l'électricité et le magnétisme chez les anciens. Paris 1866). A l'évidence une observation de type "scientifique" n'était pas encore à l'ordre du jour !


 



Le terme de "magnétisme" sera donc, comme celui "d'électricité", le principal héritage légué par les grecs.


 



Les hellénistes  du 19ème siècle qui, comme Henri Martin, se sont penchés sur l'origine de cette dénomination, ont constaté que l'expression "pierre de magnésie", a pu être interprétée de façon variable suivant les époques. Le sens qui s'est finalement figé est celui d'une pierre issue de la ville Magnésie, cité grecque d'Asie mineure. La ville étant supposée abriter des mines de cet oxyde de fer auquel nous donnons, aujourd'hui, le nom "d'oxyde magnétique" ou "magnétite", et que nous désignons par la formule Fe3O4.


 



Ce nom de "Pierre de Magnésie", sera également donné à d'autres minéraux. La "magnésie" est aussi une terre blanchâtre utilisée dans les pharmacopées anciennes comme laxatif. Elle donnera son nom au magnésium dont elle est l'hydroxyde. "Pierre de magnésie" sera aussi le nom ancien du Manganèse, corps  dont l'oxyde naturel était utilisé comme fondant par les premiers verriers ou les métallurgistes et qui est indispensable, actuellement, à la fabrication de nombreux alliages.


 



Retenons surtout que Magnésie a donné "magnétisme" et le mot anglais ou allemand "magnet" qui désigne ce que, en France, nous appelons "aimant".


 



Le terme d'aimant est, quant à lui, issu du latin adamas : le diamant. Par une voie obscure le mot "adamas" a également désigné une pierre de magnésie particulièrement active. Ce double sens se retrouve dans le latin médiéval mais bientôt le mot "diamas" désigne le diamant pendant que le terme adamas, conservé pour la magnétite, est interprété comme issu du verbe "adamare" (aimer avec passion) et traduit en langue romane par le mot "aymant" puis aimant (voir Henri Martin).


 



Le mystère et la poésie antiques renaissent ainsi dans une pierre capable d'amour. Le domaine des sciences n'échappe pas à la règle, les mots y sont chargés de l'histoire humaine.

 



 



L'héritage chinois.


 

 

         Magnet, aimant… Les grecs et les latins ont légué le vocabulaire au monde européen. Pourtant la propriété la plus fabuleuse de la pierre de magnésie leur avait échappé. C'est de Chine que viendront les premières lumières à travers l'instrument qui fera le bonheur des marchands et des navigateurs : la boussole.


 

A une période que certains auteurs fixent comme antérieure au troisième siècle avant notre ère y est attesté l'usage d'un "indicateur de sud". C'est une statuette montée sur un pivot vertical et dont le bras étendu montre en permanence le sud. C'est naturellement une tige aimantée qui guide ce bras.


 



On évoque aussi la trouvaille archéologique d'une cuiller divinatoire très particulière. La cuiller utilisée dans ce but  a une queue courte et tient en équilibre sur sa base arrondie. On la place au centre d'une plaque polie où sont gravés divers signes propres à lire l'avenir. Un coup vif sur la queue et la cuiller tourne. Quand elle s'arrête, il reste à interpréter les inscriptions indiquées par la direction de son manche. Une cuiller en magnétite et sa plaque de bronze ont ainsi été retrouvées laissant imaginer la façon dont les prêtres chinois aidaient le sort.


 



Plus sérieux. Des boussoles à aiguille suspendue, placées sur pivot ou sur un flotteur sont signalées, en Chine, entre le neuvième et douzième siècle de notre ère. Elles étaient utilisées pour des relevés terrestres. Peut-être étaient-elles déjà connues des ingénieurs qui ont dirigé la construction de la grande muraille.


 

 

Il est vraisemblable que la boussole a d'abord été adoptée par les arabes avant d'arriver en Europe au début du treizième siècle. Les navigateurs européens seront dès lors capables de s'éloigner des côtes et d'ouvrir les routes maritimes de l'Inde, de la Chine et des Amériques.

 



 

Pierre de Maricourt ( XIIIe siècle)


 

         C'est un "ingénieur militaire" au service du Duc d'Anjou, Pierre de Maricourt dit "Le Pèlerin", qui élucide une partie du mystère de la boussole (son nom est issu de l'italien "bussola" et évoque la "petite boîte" dans laquelle les navigateurs la tiennent enfermée). Pierre de Maricourt est d'ailleurs en Italie, occupé au siège de la ville de Lucera, quand, en 1269, il rédige, sous le titre "Epistola de magnete" (lettre sur l'aimant), le traité qui l'a rendu célèbre.


 

L'unanimité se fait pour considérer ce texte comme l'un des actes fondateurs de la science expérimentale. Suivons, un moment, sa démarche.


 

        


         D'abord quand il définit les "pôles" de l'aimant. "Cette pierre, dit-il, porte en elle la ressemblance du ciel… car dans le ciel il y a deux points remarquables parce que la sphère céleste se meut autour d'eux comme autour d'un axe. L'un est appelé le pôle Nord, l'autre le pôle Sud. Ainsi dans cette pierre tu trouves tout à fait de même deux points dont l'un est appelé pôle Nord et l'autre pôle Sud".


 

Le terme de "pôles" sera conservé dans le vocabulaire du magnétisme mais, notons-le : les pôles dont il est ici question ne sont pas ceux de la terre mais ceux du ciel. La boussole indique le Nord céleste. C'est à l'univers entier qu'est liée la Pierre.


 



L'image du ciel implique une sphère et deux pôles sur celle-ci. Il faut donc que l'aimant soit taillé en forme de sphère :


 

         "Pour la découverte de ces deux points tu peux employer divers moyens. L'un consiste à donner à la pierre une forme ronde avec l'instrument employé pour cela pour les cristaux et autres pierres."


 

         Reste à y placer les pôles : 

   

 

"Ensuite on pose sur la pierre une aiguille ou un morceau de fer en longueur équilibré comme une aiguille et suivant la direction du fer on marque une ligne divisant la pierre en deux. Ensuite on pose l'aiguille ou le morceau de fer en un autre endroit de la pierre et pour cet endroit, de la même manière, on marque de nouveau une ligne. Et, si tu veux, tu feras cela en plusieurs endroits et sans nul doute toutes ces lignes concourront en deux points comme tous les cercles du monde qu'on appelle azimuths concourent en deux pôles du monde opposés"


 

Ensuite :


 

        

         "Casse un petit morceau d'une aiguille qui soit long de deux ongles et pose le à l'endroit où le point a été trouvé comme on vient de le dire, et s'il se tient perpendiculairement à la pierre, tu as sans nul doute le point cherché…  et de même tu trouveras le point opposé. Si tu l'as bien fait et si la pierre est homogène et bien choisie, les deux points seront diamétralement opposés comme les pôles de la sphère céleste"


 

         Pour savoir lequel est le pôle Nord, lequel est le pôle Sud, il reste à placer la sphère dans un bol de bois posé sur l'eau et à la laisser s'orienter comme une boussole. On marquera alors comme "pôle Nord" celui qui se dirigera vers le Nord céleste.

 

 

Maintenant, expérimentons. Une deuxième pierre a été préparée, on l'approche de la première, et voilà que la Nature dévoile l'une des lois cachée jusqu'à présent à la connaissance des hommes !


 

         "Sache donc cette règle",écrit Maricourt " que le pôle Nord d'une pierre peut attirer le pôle Sud de l'autre et le pôle Sud son pôle Nord. Si au contraire tu approches le pôle Nord du pôle Nord, tu verras la pierre que tu portes fuir sur l'eau la pierre que tu tiens et de même si tu approches le pôle Sud du pôle Sud"


 

         Le moyen âge, dit-on, est période d'obscurantisme. Pierre de Maricourt semble vouloir prouver le contraire. Il faudra attendre plus de trois siècles pour que William Gilbert apporte de nouveaux éclairages sur le même sujet et plus de quatre siècles pour que Dufay décrive, avec la même précision, les lois de l'attraction et de la répulsion électrique.


 

Louis Néel, en recevant le prix Nobel de physique en 1970 pour ses travaux sur le ferromagnétisme, saura rendre, à Pierre de Maricourt, un hommage mérité. Après avoir salué les travaux de ses prédécesseurs, Pierre Curie, Paul Langevin, Pierre Weiss, il situe ses propres travaux dans l'héritage de son confrère médiéval :


 

" Seules restaient incomprises les propriétés de la plus ancienne des substances magnétiques connues : la magnétite ou pierre d'aimant qui a attiré l'attention des curieux depuis quatre mille ans. J'ai eu la chance de combler cette lacune et d'expliquer ces propriétés, avec la notion de ferromagnétisme.

Mais j'avais été précédé dans cette voie, au XIIIème siècle, par Pierre de Maricourt, auteur en 1269 du premier traité sérieux sur les aimants."


 

Pour ajouter à son mérite, notons que Pierre de Maricourt observe également l'aimantation du fer par le contact d'un aimant et qu'il inaugure l'expérience classique de "l'aimant brisé" : quand on brise un aimant, un pôle sud apparaît au niveau de la cassure sur le morceau qui porte le pôle Nord et un pôle Nord sur la partie qui porte le pôle Sud. Deux nouveaux aimants naissent donc de cette rupture.

 



 

 

William Gilbert


 

         Plus de trois siècles se sont écoulés. Nous retrouvons William Gilbert. C'est, rappelons le, dans le cadre d'un ouvrage sur le magnétisme qu'il avait été amené à différencier les actions de l'ambre et de l'aimant et à faire connaître la multiplicité des corps susceptibles d'être "électrisés" par le frottement. C'est lui faire justice que de reconnaître son apport tout aussi fondamental dans le domaine du magnétisme.


 

Quand, en l'année 1600, il publie "De Magnete" l'Univers n'est plus celui de Pierre de Maricourt. Depuis déjà plus d'un demi-siècle, Copernic a mis le soleil au centre du monde et rabaissé la Terre au rang d'une simple Planète. La sphère céleste s'est effacée, le Nord et le Sud ne sont plus les pôles du ciel mais les extrémités de l'axe autour duquel tourne la Terre. La boussole, quant à elle, est devenue l'objet de toutes les attentions. Il y a déjà plus d'un siècle qu'elle a guidé Christophe Colomb vers un nouveau monde. Mais, si ce n'est plus le ciel qui la dirige, comment fonctionne-t-elle ?


 

C'est la Terre, nous dit Gilbert, qui attire la boussole car elle est elle-même un gigantesque aimant.


 



Les aimants sphériques de Pierre de Maricourt pouvaient, de façon naturelle, amener à ce modèle. Gilbert en fera des "terellae", des petites Terres sur lesquelles il pourra promener une boussole. Il étudiera ainsi le phénomène d'inclinaison magnétique. Une boussole suspendue n'est horizontale qu'au niveau de l'Equateur. Elle s'incline ensuite quand on se dirige vers les pôles pour se présenter perpendiculaire à ceux-ci quand elle les atteint.


 



Il sait aussi que le Nord magnétique ne coïncide pas exactement avec le Nord géographique. Il n'ignore pas que Christophe Colomb, le premier, a observé la déclinaison, cet écart variable suivant les lieux entre le Nord et la direction de la boussole. Ces variations n'enlèvent rien au modèle qu'il propose. Il les attribue aux imperfections de la Terre qui, avec ses océans, ses montagnes, ses mines métalliques, est loin de l'homogénéité d'un aimant parfait.


 

        


         Mais la nouvelle théorie pose un problème de vocabulaire. Si la Terre est un aimant, son pôle Nord géographique qui attire le pôle Nord de la boussole est donc, en réalité, le pôle Sud de l'aimant terrestre !


 



Pour éviter la confusion, des physiciens des siècles suivants, proposeront d'appeler "pôle magnétique positif" le pôle Nord de l'aimant et "pôle magnétique négatif" son pôle Sud. Le pôle Nord de la terre serait ainsi, tout simplement, un pôle "moins" magnétique. Hélas le succès de cette nomenclature ne fut pas au rendez-vous.


 



Les physiciens du 19ème siècle pensaient pouvoir échapper à la confusion en utilisant le terme de "magnétisme boréal" pour l'aimantation du pôle Nord terrestre et de "magnétisme austral" pour celle du pôle opposé. Ainsi le pôle Nord d'une boussole présentait-il un magnétisme "austral". Cet usage artificiel de synonymes ne réglait cependant, en rien, le problème.


 



Combat perdu : les scientifiques ont jusqu'à présent renoncé à réformer un vocabulaire imposé par des siècles de pratique. Nouvelle cicatrice de la science : nous devons nous accommoder d'un "Nord magnétique" des géographes qui est en réalité un "Sud magnétique" des physiciens.


 

        


         L'ouvrage de Gilbert, qui, lui aussi, se reconnaît comme le continuateur de Pierre de Maricourt, restera la référence pendant près de deux siècles et c'est seulement à la fin du 18éme siècle que Coulomb viendra enrichir la connaissance du magnétisme par l'étude quantitative qu'il en fera au moyen de sa "balance".

 


 

Coulomb et la mesure


 

         C'est d'abord le magnétisme qui fait connaître Coulomb. En 1777, son mémoire, intitulé "Recherches sur la meilleure manière de fabriquer les aiguilles aimantées", est primé par l'Académie des sciences.


 

         Coulomb est de cette nouvelle génération de scientifiques qui mettent leur connaissance approfondie des mathématiques au service de la science expérimentale. Ses mémoires pourraient, encore aujourd'hui, donner lieu à d'intelligents exercices scolaires ou universitaires.


 

Quand il quitte le chantier du magnétisme, il nous a appris que, comme le fluide électrique, "le fluide magnétique agit suivant la raison inverse du carré des distances de ses molécules". Il a répertorié et amélioré les méthodes pour aimanter un barreau aimanté et pour en déterminer le degré d'aimantation.


 


          
            Le domaine du magnétisme semble avoir été entièrement exploré. Du moins a-t-on pu le penser pendant les trente années qui ont suivi.

_______________________________________________________________

Cet article fait partie d'un ouvrage paru en juin 2009 chez Vuibert.


_______________________________________________________________
Repost 0
4 avril 2009 6 04 /04 /avril /2009 07:48

Les deux espèces d'électricité.

par Gérard Borvon



         Un premier cours d'électricité est l'occasion d'une mise en scène classique dans la tradition expérimentale des professeurs de physique : Une tige d'ébonite est frottée, une boule de sureau suspendue à son fil de soie ou de nylon est attirée puis vivement repoussée. Commence alors une série de manipulations à base de chiffon de laine, de peau de chat, de tige de verre ou de règle de matière synthétique, supposée faire découvrir une propriété fondamentale de la matière : l'existence de deux espèces d'électricité.


         Progressant dans le cours on arrive rapidement à la notion de courant électrique. C'est là qu'apparaît "le"problème. A peine a-t-on défini son sens conventionnel de circulation, du pôle positif du générateur vers son pôle négatif dans le circuit extérieur, qu'il faut ajouter que le fluide électrique est, en réalité, constitué d'électrons négatifs se déplaçant en sens inverse !


         Une explication s'impose. Le professeur pressé évoquera une erreur ancienne. Peut-être même imaginera-t-il un hasardeux pile ou face. Il suffirait cependant d'un rapide retour sur l'histoire de l'électricité pour révéler, au lieu de décisions hâtives, la recherche obstinée d'une réalité physique. Dufay est l'un des premiers maillons de cette chaîne.


Dufay (1698-1739) et la répulsion électrique :


Nous avons déjà rencontré Charles-François de Cisternay Dufay. Peut-être le moment est-il venu de le présenter. Il est d’une famille de haute noblesse militaire. Lui même entre au régiment de Picardie, à l’âge de quatorze ans, comme lieutenant. Il participe à la courte guerre d’Espagne et conserve sa charge militaire jusqu’à 1723, année où il rejoint l’Académie des Sciences comme adjoint chimiste.





Comment un jeune homme de 25 ans peut-il sauter de la condition de soldat à celle de membre d’une prestigieuse académie scientifique ? Il faut, pour le comprendre, dire quelques mots de Dufay, le père.





Ce militaire avait été instruit par les jésuites à Louis-le-Grand. Il en conserve une culture qu’il continue à enrichir pendant ses campagnes militaires. « Les muses », disait-il, « guérissent des blessures de Mars ». Le propos se vérifie quand, en 1695,  la perte d’une jambe met fin à sa carrière militaire. Il revient à Paris où il se consacre à l’éducation de ses enfants et à l’enrichissement d’une fabuleuse bibliothèque. Charles-François pourra y cultiver son goût  pour les sciences dans le temps même où son père lui enseigne le métier des armes.





Chez les Dufay on rencontre de puissants personnages. Tel le Cardinal de Rohan qui soutient le jeune Charles-François quand celui-ci postule au poste d’adjoint chimiste à l’Académie, en 1723. Réaumur retient cette candidature.



Dufay mettra un point d’honneur à mériter cette distinction. Ses premiers travaux sont marqués par une curiosité débridée. Il passe de l’étude de la phosphorescence à celle de la chaleur libérée par "l’extinction" de la chaux "vive". De la solubilité du verre à la géométrie. De l’optique au magnétisme. Son énergie lui vaut d’être nommé Intendant du Jardin du Roi en 1732. C’est peu de temps après cette promotion qu’il entend parler des travaux de Gray. Il tient enfin "son" sujet. L’électricité lui donnera l’occasion de mettre en œuvre une méthode dont la rigueur n’aura pour équivalent que celle de Lavoisier, dans le domaine de la chimie,  un demi-siècle plus tard.



De magnifiques découvertes seront au rendez-vous. Elles feront l’objet d’une série de mémoires publiés dans l’Histoire de l’Académie des sciences à partir d’avril 1733.


Le premier de ces mémoires se présente comme une "Histoire de l’Electricité". Ce texte reste, même lu avec le recul de près de trois siècles, un honnête document. Avant de faire état de son apport personnel, Dufay choisit de « mettre sous les yeux du lecteur, l’état où est actuellement cette partie de la physique ». Il souhaite, dit-il,  rendre à chacun son mérite et ne conserver, pour lui, que celui de ses propres découvertes. Il veut surtout se libérer de l'obligation d'avoir à citer, à chaque moment, le nom de tel ou tel de ses prédécesseurs. Son projet, en effet, est ambitieux : il se propose de poser les premières pierres d'une véritable théorie de l'électricité. La plupart des auteurs qui l'ont précédé ont, dit-il, "rapporté leurs expériences suivant l'ordre dans lequel elles ont été faites". Son plan est différent: il veut classer leurs expériences et les siennes "afin de démêler, s'il est possible, quelques-unes des lois et des causes de l'électricité".



Un discours de la méthode :



Le second mémoire annonce sa méthode sous forme de six questions.


Il s’agit de savoir :




Quels sont les corps qui peuvent devenir électriques par frottement et si l’électricité est une qualité commune à l’ensemble de la matière.



Si tous les corps peuvent recevoir la vertu électrique par contact ou par approche d’un corps électrisé.



Quels sont les corps qui peuvent arrêter ou faciliter la transmission de cette vertu et quels sont ceux qui sont le plus vivement attirés par les corps électrisés.



Quelle est la relation entre vertu attractive et vertu répulsive et si ces deux vertus sont liées l’une à l’autre ou indépendantes.



Si la "force" de l’électricité peut être modifiée par le vide, la pression, la température…



Quelle est la relation entre vertu électrique et faculté de produire la lumière, propriétés qui sont communes à tous les corps électriques.


Un beau programme qui sera mené avec une remarquable rigueur.


Les trois premières questions cernent le problème de l'électrisation des corps et de la conduction électrique. Nous avons déjà vu comment Dufay s'intercale entre Gray et Franklin pour en établir les premières lois. La quatrième question pose, pour la première fois, le problème de la répulsion.



La répulsion rejoint l'attraction.



Depuis William Gilbert, et même depuis l'antiquité, électricité est synonyme d'attraction. Dufay n'échappe pas à la règle et, dans l'introduction à son premier mémoire il définit l'électricité comme "une propriété commune à plusieurs matières et qui consiste à attirer les corps légers de toute espèce placés à une certaine distance du corps électrisé par le frottement d'un linge, d'une feuille de papier, d'un morceau de drap ou simplement de la main".



Cependant, il a été troublé par l'une des observations faites par Otto de Guericke : celle du globe de soufre qui repousse le duvet qu'il a d'abord attiré. Il avoue n'être jamais parvenu à la reproduire. Par contre il rencontre le succès avec une expérience similaire proposée par Hauksbee. Il s'agit de frotter un tube de verre tenu horizontalement et de laisser tomber sur sa surface une parcelle de feuille d'or. Le résultat est spectaculaire :



"Sitôt qu'elle a touché le tube, elle est repoussée en haut perpendiculairement à la distance de huit à dix pouces, elle demeure presque immobile à cet endroit, et, si on approche le tube en l'élevant, elle s'élève aussi, en sorte qu'elle s'en tient toujours dans le même éloignement et qu'il est impossible de l'y faire toucher : on peut la conduire où l'on veut de la sorte, parce qu'elle évitera toujours le tube".



Même si les prouesses réalisées par la "fée électricité" ont apaisé depuis longtemps notre soif de merveilleux, l'expérience, aujourd'hui encore, mérite d'être tentée. Il importe pour cela de se munir du tube de verre adéquat. Celui de Dufay est du type de celui utilisé par Gray et qui est devenu un standard. Il a une longueur proche de un mètre et un diamètre de trois centimètres. Il est réalisé dans un verre au plomb. Gray et Dufay ne disent rien de la façon dont il était frotté, peut-être tout simplement par la main bien sèche de l'expérimentateur comme le recommandent plusieurs auteurs.



Pour avoir tenté l'expérience, je peux témoigner de l'importance du choix du tube de verre. Un simple tube à essai ne conviendra pas et encore moins la tige de verre d'un agitateur (bien que ce soit de cette façon que, depuis le 19ème siècle, l'expérience est décrite dans les manuels de physique). Leurs diamètres sont insuffisants. Il faut au minimum celui d'une solide éprouvette à gaz. J'ai personnellement rencontré le succès avec le col, long de 50cm, d'un ballon de verre pyrex extrait d'un matériel de chimie. Bien séché et frotté en utilisant le premier sac de "plastique" récupéré, il donne des résultats spectaculaires. Trouver une feuille d'or n'est pas trop difficile si on connaît un marbrier ou un relieur. On peut plus simplement utiliser un duvet ou quelques fibres de coton. Je conseillerais pour ma part les plumets d'un chardon cueillis secs à la fin de l'été.




Bien réalisée, cette expérience montre que la répulsion électrique est beaucoup plus spectaculaire que l'attraction. La parcelle de feuille d'or, le duvet ou le plumet de chardon, que vous aurez lâché, va se précipiter sur le tube frotté pour en être violemment repoussé jusqu'à trente, quarante, cinquante centimètres, voire plus. Personne ne peut être insensible à l'étrangeté d'une telle "lévitation".



Dufay donne de ces faits une interprétation immédiate : "lorsqu'on laisse tomber la feuille sur le tube, il attire vivement cette feuille qui n'est nullement électrique, mais dès qu'elle a touché  le tube, ou qu'elle l'a seulement approché, elle est rendue électrique elle même et, par conséquent elle en est repoussée, et s'en tient toujours éloignée".



Mais approchons le doigt ou un autre objet conducteur de la feuille : elle vient s'y coller pour retomber à nouveau sur le tube et à nouveau s'élever.



Explication simple encore, nous dit Dufay : "Sitôt que la feuille a touché ce corps, elle lui transmet toute son électricité, et par conséquent, s'en trouvant dénuée, elle tombe sur le tube par lequel elle est attirée, de même qu'elle l'était avant que de l'avoir touché ; elle y acquiert un nouveau tourbillon électrique" et est donc repoussée. Ainsi se trouve expliqué l'étrange comportement, parfois observé, de feuilles d'or dansant une sarabande entre le tube de verre et un objet proche.



Une simple remarque : Dufay parle de "tourbillon" électrique. La théorie des "tourbillons" est ici empruntée à Descartes. Pour celui-ci chaque corps céleste est entouré d'un tourbillon d'une matière subtile. Ces tourbillons en se touchant maintiennent les astres à distance l'un de l'autre et entraînent l'ensemble dans le mouvement d'horlogerie que chacun peut observer même si les rouages restent invisibles. De la même façon, les tourbillons "électriques" entourant deux corps électrisés les écarteront l'un de l'autre.



La loi de Dufay :



Fort de cette interprétation, Dufay passe alors en revue les observations antérieures et en particulier celles de Hauksbee concernant des fils de coton attachés à l'intérieur d'un globe de verre frotté et qui " s'étendent en soleil du centre à la circonférence". Tous ces faits le conduisent à une première loi de la répulsion :



"Il demeure pour constant, que les corps devenus électriques par communication, sont chassés par ceux qui les ont rendu électriques".



Par ce mécanisme de "l'attraction – contact – répulsion", (A.C.R), Dufay explique avec élégance une foule d'observations. Le phénomène doit cependant être approfondi. Il faut, en particulier, répondre à la question suivante :



Deux corps chargés d'électricité à deux sources différentes vont-ils également se repousser ?



En cherchant à le vérifier Dufay fait accomplir à l'électricité un nouveau bond en avant : "cet examen", dit-il," m'a conduit à une autre vérité que je n'aurais jamais soupçonnée, et dont je crois personne n'a encore eu la moindre idée".


Le moment est suffisamment important pour que nous lui laissions la parole :



" Ayant élevé en l'air une feuille d'or par le moyen du tube (de verre), j'en approchais un morceau de gomme copal (résine d'arbre exotique de la famille des légumineuses) frottée et rendue électrique, la feuille fut s'y appliquer sur le champ, et y demeura, j'avoue que je m'attendais à un effet tout contraire, parce que selon mon raisonnement, le copal qui était électrique devait repousser la feuille qui l'était aussi ; je répétais l'expérience un grand nombre de fois, croyant que je ne présentais pas à la feuille l'endroit qui avait été frotté, et qu'ainsi elle ne s'y portait que comme elle aurait fait à mon doigt, ou à tout autre corps, mais ayant pris sur cela mes mesures, de façon à ne me laisser aucun doute, je fus convaincu que la copal attirait la feuille d'or, quoiqu'elle fût repoussée par le tube : la même chose arrivait en approchant de la feuille d'or un morceau d'ambre ou de cire d'Espagne (cire végétale extraite de certaines espèces de palmiers) frotté.


Après plusieurs autres tentatives qui ne me satisfaisaient aucunement, j'approchai de la feuille d'or chassée par le tube, une boule de cristal de roche, frottée et rendue électrique, elle repoussa cette feuille de même, afin que je ne pus pas douter que le verre et le cristal de roche, ne fissent précisément le contraire de la gomme copal, de l'ambre et de la cire d'Espagne, en sorte que la feuille repoussée par les uns, à cause de l'électricité qu'elle avait contractée, était attirée par les autres : cela me fit penser qu'il y avait peut-être deux genres d'électricité différents."




Une hypothèse aussi hardie effraie d'abord son auteur. Si deux électricités existent réellement, comment ne les a-t-on pas encore signalées ! De nombreuses vérifications s'imposent. Dufay frotte toutes les matières dont il dispose : il faut bien se rendre à l'évidence, le phénomène est général.



" Voilà donc constamment deux électricités d'une nature différente, savoir celle des corps transparents et solides comme le verre, le cristal, etc. et celle des corps bitumineux ou résineux, comme l'ambre, la gomme copal, la cire d'Espagne, etc.


Les uns et les autres repoussent les corps qui ont contracté une électricité de même nature que la leur, et ils attirent, au contraire, ceux dont l'électricité est de nature différente de la leur."



Que dire de plus ? La loi  d'attraction et de répulsion électrique est toute entière dans ces deux phrases. Si nous cherchons son énoncé dans un manuel contemporain nous l'y retrouvons pratiquement au mot près. Reste à nommer ces deux électricités différentes :

 

" Voilà donc deux électricités bien démontrées, et je ne puis me dispenser de leur donner des noms différents pour éviter la confusion des termes, ou l'embarras de définir à chaque instant celle dont je voudrais parler : j'appellerai donc l'une l'électricité vitrée, et l'autre l'électricité résineuse, non que je pense qu'il n'y a que les corps de la nature du verre qui soient doués de l'une, et les matières résineuses de l'autre, car j'ai déjà de fortes preuves du contraire, mais c'est parce que le verre et la copal sont les deux matières qui m'ont donné lieu de découvrir ces deux espèces d'électricités."



Electricité vitrée, électricité résineuse... ces deux termes ont au moins le mérite de proposer des étalons commodes. La fin du mémoire constitue d'ailleurs un début de classement. Au registre des corps qui présentent de l'électricité résineuse nous trouvons l'ambre, la cire d'Espagne, la gomme copal, la soie, le papier. L'électricité vitrée apparaît sur le verre et aussi le cristal, la laine, la plume... mais laissons à Dufay le soin de présenter son plus bel exemple:



"Rien ne fait un effet plus sensible que le poil du dos d'un chat vivant. On sait qu'il devient fort électrique en passant la main dessus ; si on approche alors un morceau d'ambre frotté, il en est vivement attiré, et on le voit s'élever vers l'ambre en très grande quantité ; si, au contraire, on en

approche le tube, il est repoussé et couché sur le corps de l'animal".


         Ainsi débute la longue tradition des peaux de chat dans les laboratoires de nos lycées.


         Après les découvertes fondamentales que sont la conduction et l'électrisation par influence, la découverte des deux espèces d'électricité ouvre des voies prometteuses. La conclusion du mémoire manifeste l'espoir de progrès rapides.


         "Que ne devons nous point attendre d'un champ aussi vaste qui s'ouvre à la physique ? Et combien ne nous peut-il point fournir d'expériences singulières qui nous découvriront peut-être de nouvelles propriétés de la matière ? "


         Quand il écrit ces lignes, Dufay a trente cinq ans. Sa mort prématurée cinq ans plus tard lui laissera peu de temps pour tracer plus loin son sillon. Il lui aura surtout manqué le temps de défendre une théorie trop hardie pour la plupart de ses contemporains. Son disciple direct, l'Abbé Nollet, à peine plus jeune que lui, est le premier à la rejeter.


Dans son "Essai sur l'électricité des corps", il se livre à une vigoureuse critique de la théorie des deux électricités :


         " Question : Y a-t-il dans la nature deux sortes d'électricité essentiellement différentes l'une de l'autre ?

 

Réponse :  Feu M. Dufay séduit par de fortes apparences et embarrassé par des faits qu'il n'était guère possible de rapporter au même principe il y a trente ans, c'est à dire dans un temps où l'on ignorait encore bien des choses qui se sont manifestées depuis, M. Dufay dis-je, a conclu par l'affirmation sur la question dont il s'agit. Maintenant bien des raisons tirées de l'expérience, me font pencher fortement pour l'opinion contraire ; et je suis pas le seul de ceux qui ont examiné et suivi les phénomènes électriques, qui abandonne la distinction des deux électricités résineuse et vitrée".



Il propose pour sa part la théorie d'une matière électrique unique qui quitterait et rejoindrait les corps électrisés dans un double mouvement simultané.



" La matière électrique s'élance du corps électrisé en forme de rayons qui sont divergents entre eux et c'est là ce que j'appelle matière effluente ; une pareille matière vient, selon moi, de toutes parts au corps électrisé, soit de l'air atmosphérique soit des autres corps environnants et voilà ce que je nomme matière affluente ; ces deux courants qui ont des mouvements opposés, ont lieu tous deux ensemble. ".



Théorie confuse et sans réelle portée explicative mais l'Abbé Nollet est devenu le "Physicien électriseur" le plus célèbre des cours d'Europe et ses avis ont force de loi. Pendant de longues années il sera un obstacle, hélas efficace, à la diffusion de la théorie des deux électricités.



Nous ne quitterons pas Dufay sans un regret. Des découvertes de portée équivalente ne restent généralement pas anonymes. Coulomb, Volta, Galvani, Ampère, Laplace...vivent toujours dans le vocabulaire électrique à travers une loi, parfois une unité. Qui connaît encore Dufay ?


Déjà en 1893, Henri Becquerel, qui avait choisi d'en faire l'éloge à l'occasion du centenaire du Muséum d'Histoire Naturelle, devait constater cet oubli :



"Parmi les statues et les bustes qui ornent nos galeries, parmi les noms gravés sur nos monuments, j'ai cherché en vain la figure ou même le nom seulement d'un des hommes qui firent le plus de bien et le plus d'honneur au vieux Jardin des Plantes, le nom du prédécesseur de Buffon. Que dis-je, j'ai cherché jusqu'à son souvenir, et ni dans tout le muséum, ni dans Paris même, je n'ai pu trouver un portrait de Charles-François de Cisternay du Fay, intendant du Jardin Royal des Plantes".



Nous pourrions prolonger la longue période oratoire de Becquerel : "J'ai vainement cherché son souvenir dans les livres de physique, dans le nom des lois et des unités électriques...".



Est-il vraiment trop tard pour perpétuer le souvenir de ce physicien talentueux ? Rien ne nous empêche de signaler dans nos cours et dans nos manuels que la loi d'attraction et de répulsion électrique est la "loi de Dufay".



Dufay oublié, il faudra une longue suite d'observations et d'interprétations contradictoires pour que la théorie des "deux électricités" nous revienne. Le second maillon de cette chaîne est, à nouveau, Benjamin Franklin.



Benjamin Franklin (1706-1790) : un vocabulaire neuf pour un fluide unique.


         Contrairement à son prédécesseur, la renommée n'a pas oublié Franklin, "l'inventeur" du paratonnerre, avec qui nous pouvons, à présent, faire plus ample connaissance.


Dans le domaine de la physique il se décrit lui-même comme un amateur. Né à Boston en 1706, il est autodidacte. Son père est un modeste fabricant de chandelles et c'est chez son frère imprimeur qu'il peut assouvir sa passion pour la lecture. Il rencontre l'électricité par hasard vers l'âge de quarante ans. Il est alors à Philadelphie où il participe aux activités des cercles cultivés de la ville. Ceux-ci ont reçu d'Angleterre  un "coffret  électrique contenant "un tube de verre avec une note explicative sur l'emploi qu'on en peut faire" pour réaliser "certaines expériences électriques". L'auteur de cet envoi est Peter Collinson, membre de la Royal Society, l'académie des sciences anglaise. C'est un marchand Quaker de Londres entretenant des relations commerciales avec les colonies d'Amérique et qui ambitionne d'encourager les américains dans l'étude des sujets scientifiques. Il n'a pas manqué de joindre à son envoi une notice explicative : une relation des expériences spectaculaires menées en Allemagne par Bose et ses successeurs. Une "bouteille de Leyde" (nous reparlerons de ce premier condensateur électrique) est jointe au colis, elle procurera de vigoureuses secousses au "Tout-Philadelphie" pendant plusieurs mois.


         Franklin fait de ce matériel un usage plus scientifique dont il rend compte, à partir de mars 1747, sous forme de plusieurs lettres à son correspondant anglais M. Collinson, membre de la Royal Society.


Nous avons déjà évoqué la proposition qui servira de socle à toutes ses interprétation ultérieures : l'électricité est un fluide qui imprègne tous les corps. Le frottement a pour effet d'en faire passer une certaine quantité d'un corps à l'autre.



Cette nouvelle façon de percevoir l'électricité est parfaitement illustrée par la deuxième lettre qu'il adresse à Pierre Collinson. Trois personnages y sont mis en scène : A, B et C.


A est isolé sur un gâteau de cire, il frotte un tube de verre qu'il tend à B lui-même isolé. B approche la main du tube et en reçoit une étincelle. A ce moment le personnage C resté au sol, en contact avec la terre, tend les doigts vers A et B et reçoit de chacun une décharge électrique. Franklin propose une interprétation séduisante :


         "Nous supposons que le feu électrique est un élément commun, dont chacune des trois personnes susdites a une portion égale avant le commencement de l'opération avec le tube : la personne A qui est sur un gâteau de cire, et qui frotte le tube, rassemble le feu électrique de son corps dans le verre, et sa communication avec le magasin commun (la terre) étant interceptée par la cire, son corps ne recouvre pas d'abord ce qui lui manque ; B, qui est pareillement sur la cire, étendant la jointure de son doigt près du tube, reçoit le feu que le verre avait ramassé de A ; et sa communication avec le magasin commun étant aussi interceptée, il conserve de surplus la quantité qui lui a été communiquée. A et B paraissent électrisés à C, qui est sur le plancher ; car celui-ci ayant seulement la moyenne quantité de feu électrique, reçoit une étincelle de B, qui en a de plus, et il en donne à A qui en a de moins...


         De là quelques nouveaux termes se sont introduits parmi nous. Nous disons que B (ou tout autre corps dans les mêmes circonstances) est électrisé positivement et A négativement ; ou plutôt B est électrisé plus et A l'est moins, et tous les jours dans nos expériences nous électrisons les corps en plus ou en moins suivant que nous le jugeons à propos.".


         Pour la première fois, est donc exprimée la notion de charges positives et négatives. Cependant, nous l'avons compris, Franklin ignore l'interprétation de Dufay en termes de deux espèces d'électricité. Pour lui, le fluide électrique est unique, un corps chargé positivement en porte une quantité supplémentaire, un corps chargé négativement en a perdu. "Plus " et "moins" ne sont donc pas une nouvelle convention pour désigner deux électricités différentes mais ont le sens réel de gain et de perte.


Ce modèle, opposé à celui de Dufay, peut facilement convaincre. Il présente cependant de sérieuses lacunes. Comment peut-on affirmer, comme une évidence, que l'homme qui frotte le tube de verre fait passer l'électricité de son corps vers le tube ? Etait-il plus difficile d'imaginer que ce même homme arrache de l'électricité au tube frotté ?  Franklin propose une étrange hypothèse : il imagine que la "chose frottante" perd une partie de son fluide au profit de la "chose frottée". Mais qui frotte et qui est frotté dans cette opération ?



Regrettons, au passage, que Franklin n'ait pas d'abord frotté du soufre. Il lui aurait, pour la même raison, attribué une charge positive ce qui, nous le verrons par la suite, aurait simplifié la tâche des professeurs des siècles suivants.



La publication de ces premières lettres lui vaut à ce sujet un courrier critique. Un de ses correspondants lui signale le comportement différent du soufre et du verre et suggère l'existence de deux électricités. Franklin maintient son interprétation initiale. Tout au plus doit-il admettre qu'un corps peut non seulement gagner de l'électricité quand on le frotte, mais aussi en perdre. Persévérant dans son intuition première il décrète cependant que c'est bien le verre qui se charge "en plus" tandis que le soufre se charge "en moins".



Une seconde mise en garde est plus sévère. On n'étonnera personne en disant que le sujet favori de Franklin aura été le tonnerre. Il en imagine le processus de la façon suivante : la terre est la réserve, le "magasin" de l'électricité. En s'évaporant pour former les nuages, l'eau arrache au globe terrestre une certaine quantité de fluide qui lui est ensuite restituée sous forme d'éclairs. Or, après la découverte du paratonnerre, Franklin est en mesure de prélever et d'analyser l'électricité portée par les nuages. Il constate alors qu'ils sont généralement chargés "en moins". Il faudrait donc que l'eau ait abandonné de l'électricité au sol et que, dans le phénomène du tonnerre, ce soit "la terre qui frappe les nuages et non pas les nuages qui frappent la terre". Cette constatation, contraire au sens commun, chagrine son auteur et, finalement, le doute s'installe :



"Les amateurs de cette branche de la physique ne trouveront pas mauvais que je leur recommande de répéter avec soin et en observateurs exacts, les expériences que j'ai rapportées dans cet écrit et dans les précédents sur l'électricité positive et négative, et toutes celles du même genre qu'ils imagineront, afin de s'assurer si l'électricité communiquée par le globe de verre est réellement positive..."



Il faudra presque un siècle et demi pour apporter une réponse à cette question. Cette réponse, hélas, sera négative.



 Cela n'empêche pas la théorie du fluide unique de s'imposer. Elle possède, en effet, un pouvoir déductif très développé et sera la source d'un progrès rapide dans l'expérimentation. Aujourd'hui encore,  le schéma proposé par Franklin reste à la base de la plupart de nos raisonnements.




Entre Dufay et Franklin : les bas de soie de Robert Symmer.


         Robert Symmer (1707 - 1763) est écossais. Après une carrière dans la finance il se consacre aux sciences. En 1759 il publie dans les Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres, le compte rendu d'expériences qui, malgré leur caractère étrange, lui vaudront une durable  renommée.



 Cela commence par une observation banale : des étincelles éclatent le soir quand il retire ses bas. Beaucoup de ses amis lui disent avoir fait la même observation mais, dit-il, "il n'a jamais entendu parler de quelqu'un qui ait considéré le phénomène de façon philosophique". C'est en effet une idée qui ne vient pas spontanément à l'esprit et c'est pourtant ce qu'il se propose de faire. Il décide donc de porter chaque jour deux paires de bas superposées, l'une de soie vierge l'autre de laine peignée. Heureuse initiative car alors le phénomène se renforce et surtout les deux paires de bas, quand on les sépare, manifestent une furieuse tendance à s'attirer. On peut même mesurer cette attraction en lestant l'une des paires au moyen de masses marquées de poids non négligeable.



Arrive un jour où un décès dans sa famille l'amène à porter le deuil. Il ne renonce pas pour autant à son expérience et enfile une paire de bas de soie noire sur ses habituels bas de soie naturelle. Ce soir là, au moment du déshabillage, l'effet est extraordinaire ! Jamais bas ne se sont attirés avec tant de fougue !



Quand la période de deuil touche à sa fin, et que des bas plus classiques reprennent leur place en position externe sur la jambe de Symmer, les phénomènes retrouvent leur cours plus modéré. Voici donc deux matériaux de choix pour une expérimentation sur les attractions électriques : la soie naturelle et la soie noire à laquelle le colorant a apporté de nouvelles propriétés. Pour décrire ces observations Symmer utilise d'abord le vocabulaire de Franklin mais, dans l'incapacité de décider lequel des deux bas perd ou gagne de l'électricité, il refuse un choix arbitraire et s'oriente, après avoir lu Dufay, vers l'idée de deux fluides électriques différents :



" C'est mon opinion, qu'il y a deux fluides électriques (ou des émanations de deux pouvoirs électriques distincts) essentiellement différents l'un de l'autre ; que l'électricité ne consiste pas en l'effluence et l'affluence de ces fluides, mais dans l'accumulation de l'un ou l'autre dans les corps électrisés ; ou, en d'autres termes elle consiste dans la possession d'une grande quantité de l'un ou l'autre pouvoir. Ainsi il est possible de garder un équilibre dans un corps, par contre si l'un ou l'autre pouvoir domine, le corps est électrisé de l'une ou l'autre manière".



Pour désigner ces électricités Symmer conserve les termes "positive" et "négative" qui associent une neutralité mathématique à la neutralité électrique de la matière. Tout en la sachant arbitraire il conservera également la convention de Franklin et appellera positive l'électricité qui apparaît en excès sur le verre frotté et négative celle qui s'accumule sur le soufre. C'est donc la théorie de Dufay habillée du vocabulaire de Franklin. C'est encore le modèle de nos "modernes" manuels.



Plusieurs auteurs souhaiteraient un armistice dans la querelle. C'est le cas du suédois T. Bergman qui propose en 1765, peu après la mort de Symmer, un "fluide neutre composé". Constitué de quantités égales de fluide négatif et de fluide positif, il ne se manifeste pas dans l'état normal d'équilibre. Certaines opérations, comme le frottement, le décomposent en deux fluides opposés. Cette théorie fera des adeptes après la découverte de la pile électrique.



Dufay, malgré la rigueur de sa méthode, a été rapidement oublié. Par contre, on trouve encore le nom de Symmer dans les manuels du début du XXème siècle.



Le XIXème siècle voit donc cohabiter deux modèles différents, celui du fluide unique plutôt enseigné en Angleterre et celui des deux fluides surtout utilisé en Europe continentale. Les raisons de choisir l'un ou l'autre sont souvent plus d'ordre philosophique que d'ordre pratique. Une attitude qu'illustre assez bien Charles-Augustin Coulomb (1736-1806), alors qu'il vient, en 1788, d'établir la loi mathématique de l'attraction et de la répulsion à distance.


Pour comprendre cette difficulté à choisir, il faut admettre que, certes, le modèle du fluide unique offre de sérieux avantages mais qu'il soulève également plusieurs difficultés qu'il serait trop commode de passer sous silence. Parmi elles, celle de la répulsion entre deux corps chargés négativement.



La répulsion entre deux corps portant "plus" d'électricité ne pose pas de problème à Franklin et à ses disciples : cette électricité supplémentaire forme, pensent-ils, une "atmosphère" qui entoure chaque corps chargé. Ces atmosphères, par leur simple action mécanique élastique, expliquent de façon simple la répulsion entre deux corps chargés positivement.


Le problème est différent avec deux corps ayant "perdu" de l'électricité. Aucune atmosphère ne les entoure. D'où alors provient la répulsion ? Ce phénomène qu'ils n'arrivent pas à expliquer de façon satisfaisante, sera la source d'un tourment permanent pour Franklin et ses partisans.



L'un d'entre eux, Franz Aepinus (1724-1802), professeur à Berlin puis à Saint-Pétersbourg, abandonne l'hypothèse des "atmosphères" électriques et adopte une vision "newtonienne" de l'action électrique. Celle-ci se ferait à distance, sans aucun support mécanique.



La matière "ordinaire" aurait le pouvoir d'attirer le fluide électrique jusqu'à s'en "gorger" comme une éponge et acquérir ainsi un état de neutralité électrique. Par contre, les particules de matière électrique, c'est admis, se repoussent entre elles. Deux corps chargés d'un surplus d'électricité doivent donc se repousser.



Mais pourquoi deux corps ayant perdu de l'électricité se repousseraient-ils ? Tout simplement parce que la matière ordinaire, privée d'électricité, a elle-même la propriété de répulsion à distance. Ainsi la répulsion se manifesterait entre deux corps chargés de trop d'électricité mais également entre deux corps ayant perdu du fluide électrique.



Cette "matière ordinaire", caractérisée par son volume, sa masse, son inertie, serait donc capable, à la fois, d'exercer sur elle-même des forces d'attraction à distance de nature gravitationnelle comme l'a proposé Newton et des forces de répulsion de nature électrique. Ce système assez compliqué ne pouvait convenir qu'à des franklinistes déjà convaincus. Ce n'est pas le cas de Coulomb : 

 

" M. Aepinius a supposé dans la théorie de l'électricité, qu'il n'y avait qu'un seul fluide électrique dont les parties se repoussaient mutuellement et étaient attirées par les parties des corps avec la même force qu'elles se repoussaient... Il est facile de sentir que la supposition de M. Aepinius donne, quant aux calculs, les mêmes résultats que celle des deux fluides... Je préfère celle  des deux fluides qui a déjà été proposée par plusieurs physiciens, parce qu'il me paraît contradictoire d'admettre en même temps dans les parties des corps une force attractive en raison inverse du carré des distances démontrée par la pesanteur universelle et une force répulsive dans le même rapport inverse du carré des distances". (Des deux natures d'électricité – Histoire de l'Académie Royale des Sciences – année 1788, page 671).



Il reste vrai, cependant, que le choix ne s'impose pas quand on étudie l'électricité à l'état statique. Le problème se pose-t-il différemment quand on considère la circulation de ce, ou de ces, fluide(s), c'est à dire quand on s'intéresse au "courant" électrique ?



La question sera très vite posée et nous allons nous autoriser à parcourir le temps qui nous mènera de Dufay à J.J. Thomson, en passant par Ampère et Maxwell, pour découvrir les différentes réponses qui lui seront apportées.

 

___________________________________________________

 

Cet article fera partie d'un ouvrage publié en juin 2009 par Vuibert

___________________________________________________




        

 

Repost 0
11 février 2009 3 11 /02 /février /2009 13:46

Cet article a pour objectif d'illustrer, à travers la découverte des rayons X en 1895, la fascination pour une technique nouvelle et l'absence d'esprit critique vis à vis de son usage.

Encore aujourd'hui le "principe de précaution" est une notion qui dérange. Les expériences passées devraient pourtant nous inciter à réfléchir.



Nous suivrons, mois après mois, la découverte qu'en font, à la fois, le grand public et les savants et ingénieurs les plus impliqués.

Nous verrons des anonymes exposés sans aucune retenue et des hommes de science entraînés jusqu'à en mourir par une passion dévorante.

Nous terminerons par une évocation rapide de l'évolution des normes de radioprotection.

______________________________________________________________________


L'essentiel de la documentation sera extraite de "La Nature,  Revue des sciences et de leurs applications aux arts et à l'industrie. " qui paraît depuis 1873. Quelques documents complémentaires proviennent de l'ouvrage de Guy et Marie-José Pallardy et de Auguste Wackenheim : "Histoire illustrée de la radiologie" (Editions Roger Dacosta - Paris - 1989).

______________________________________________________________________

 

Bobine de Ruhmkorff, tube de Crookes : les éléments de la découverte.


Dans les années 1890 deux appareils occupent une place de choix dans tous les laboratoires qui se préoccupent de physique :

- une source de haute tension électrique : la bobine de Ruhmkorff.

- un tube cathodique : le tube de Crookes.

Ces appareils ne sortent pas du néant. Dès les débuts de l'électricité des machines électriques alimentent des sphères ou des tubes de verre dans lesquels on a réalisé le vide.

Les étranges phénomènes observés provoquent à la fois de l'admiration, de l'inquiétude et de nombreuses interrogations.

___________________________________________________________

 

 

 

 

La bobine de Ruhmkorff

 

 

 

 

A partir de la découverte de la pile électrique par Volta (1800), les applications chimiques et magnétiques du courant électrique occupent l'essentiel de l'activité des savants et ingénieurs. Les sources de tension généralement utilisées sont de l'ordre de quelque dizaines, voire quelques centaines de volts jusqu'à ce que des techniciens habiles proposent de nouveaux générateurs capables de produire des hautes tensions.

 

 

Heinrich Daniel Ruhmkorff (1803-1877) est un mécanicien et électricien allemand installé à Paris où il fabrique des instruments électriques et électromagnétiques de grande précision à un moment où l'électromagnétisme se développe.


Il réalise, en 1851, une bobine d'induction qui surpasse celles déjà imaginées par d'autres techniciens avant lui.


 

 

Sa bobine est un transformateur alimenté par un courant primaire de basse tension. Celui-ci est interrompu très fréquemment, ce qui produit un courant secondaire induit et de tension très élevée, capable de produire de fortes étincelles.

Les usages de la bobine seront multiples. L'étincelle permettra de provoquer l'explosion de mines à distance. La haute tension alimentera les ampoules à vide déjà utilisées par les premiers électriciens et qui deviendront les "tubes cathodiques" qui alimentent encore beaucoup de nous téléviseurs et écrans d'ordinateurs.



Et provoquent aussi de fortes secousses aux imprudents qui en touchent les deux pôles. Une propriété que des démonstrateurs forains s'empressent de faire sentir contre monnaie sur les quais de Paris.

 

 

 

_____________________________________________________________________

Le tube de Crookes



 

 

 

 

Crookes, sir William (1832-1919), chimiste et physicien britannique, a laissé son nom comme "l'inventeur" du premier tube à vide. La forme qu'il donne à ce tube (que l'on retrouve encore dans nos lycées) rend commode l'étude du rayonnement qui émane de sa cathode.

Alimenté par une bobine de Ruhmkorff, ce tube est présent dans tous les laboratoires, petits ou grands, de l'ensemble de l'Europe. La lumière qu'il émet fascine.

Elle peut être déviée par un champ électrique ou magnétique, elle rend fluorescent le verre qu'elle frappe.

Ces rayons que l'on nomme à présent "rayons cathodiques", que sont-ils ? Un jet de particules chargées d'électricité ? Une forme particulière de rayonnement lumineux ?

La question agite tout le monde des savants européens et partout des tubes de Crookes, alimentés par des bobines de Ruhmkorff,  sont sollicités afin de lui apporter une réponse satisfaisante.

 

 

 

_____________________________________________________________________

 

 

Sur la voie d'un étrange rayonnement

 

 

Plusieurs chercheurs, dont Hertz, avaient mis en évidence l'existence d'un rayonnement sortant du tube à partir de la zone d'impact des rayons cathodiques sur le verre. Ce rayonnement pensaient-ils ne pouvait être que de nature lumineuse. Une lumière particulière capable de traverser une fine plaque d'aluminium et d'impressionner une plaque photographique placée derrière elle.

Lénard, élève et préparateur de Hertz perfectionne la méthode en utilisant un tube fermé par une mince feuille d'aluminium. Le tube lui même est enfermé dans un cylindre métallique afin que la phosphorescence provoquée par le rayon cathodique à l'intérieur du tube ne viennent pas perturber l'observation.


 

 

 

Par ce moyen il vérifie la possibilité d'impressionner un papier photographique enfermé dans une boîte ou de rendre  lumineux un écran fluorescent placé à quelque distance.

Il approche de très près une découverte d'importance. C'est son collègue Wilhelm Röntgen qui sera à ce rendez-vous.

 

 

 

______________________________________________________________________

 

 

Röntgen et les rayons X

 

 

Wilhelm Röntgen est professeur à l'université Julius Maximilian de Würzburg en Allemagne. L'observation qu'il révèle en décembre de l'année 1895 va rapidement faire le tour de l'Europe.

«Si on laisse passer la décharge d'une grosse bobine de Ruhmkorff à travers un tube à vide et que l'on recouvre le tube d'un manteau suffisamment ajusté de carton noir mince, écrit-il, on voit alors, dans la pièce complètement obscure, qu'un écran de papier recouvert de platinocyanure de baryum, amené à proximité de l'appareil, s'illumine fortement et devient fluorescent lors de chaque décharge. Cette fluorescence est encore visible à deux mètres de l'appareil. On est rapidement convaincu que cette fluorescence provient de l'appareil à décharge et d'aucun autre endroit de la conduite électrique.»

Il constate alors que ces rayons, jusqu'alors inconnus et qu'il baptise pour cette raison rayons "X", sont si pénétrants qu'ils sont capables non seulement de traverser l'air mais aussi le verre, le papier, le bois.

 

 

L'observation a déjà été faite mais Röntgen réalise une expérience inédite qui  parle immédiatement à l'imagination. 


S'il place sa main entre le tube et l'écran. Il en voit alors distinctement l'ombre et aperçoit également celle, plus claire, de ses os.

 

 

Voir à travers le corps humain, quoi de plus merveilleux ? On est bien loin des austères observations de laboratoire !

 

 


 
En recevant le rayonnement sur une plaque photographique encore plus sensible que l'oeil humain,  il prouve que tout ceci n'est pas une illusion et il en laisse une trace qu'il peut immédiatement diffuser dans l'Europe entière.



Méticuleux, Wilhelm Röntgen va rester seul dans son laboratoire  durant, dit-on, sept semaines pour multiplier les observations.  Quand il publie ses premiers clichés, et en particulier la photo d'une main féminine, celle de son épouse, portant une bague, c'est une véritable frénésie qui s'empare des laboratoires tous équipés du matériel qui permet de les reproduire dans l'instant.

 

 

 

_____________________________________________________________

 

 

 

 

L'épopée des Rayons X

 

 

Dès lors nous allons suivre à travers les articles de "La Nature" l'avancée fulgurante des applications imaginées pour ces rayons inconnus. Elles recouvrent, dès les premiers mois, l'ensemble des applications actuelles. Nous constaterons que l'exaltation détruit tout réflexe de précaution.

Décembre 1895. Annonce de la découverte des rayons X de M. le professeur Wilhelm Conrad Röntgen.

Février 1896. Un premier article dans la revue "La Nature" avec la photographie du squelette d'une main. "Est-il nécessaire d'insister sur les immenses applications de cette nouvelle découverte ?" écrit l'auteur de l'article, " La possibilité de voir à travers le corps humain donnera au médecin un puissant moyen d'investigation. Un os brisé montrera toutes ses esquilles, que l'on pourra rechercher à l'endroit précis où elle se trouvent ; une balle, une aiguille même révélera sa présence par l'ombre qu'elle projettera sur l'écran ou sur la plaque sensible."

Mars 1896. Annonce de premiers usages médicaux des rayons X. Une balle est repérée dans une main blessée, une fracture de la jambe non consolidée est observée.

Mai 1896. La méthode se perfectionne. De superbes "radiographies" sont proposées.


 
Les ustensiles contenus dans une trousse de couture



ou le "squelette" de coquillages.





Juin 1896. Une nouvelle est arrivée d'Amérique. Le célèbre Edison a mis au point un fluoroscope qui permet d'observer directement à travers les corps. Un écran sensible est placé à l'extrémité d'une "chambre noire" dans laquelle l'observateur plonge le regard. Il suffit donc d'un tube de Crookes et de cette boîte pour que chacun puisse observer les os de sa propre main placée sur l'écran et irradiée par la lampe placée en face.



Edison précise bien que la réussite dépend de la puissance du tube de Crookes utilisé, c'est-à-dire du vide réalisé. Ce sont donc des rayons X de forte intensité qui viennent frapper l'observateur et en particulier son visage et ses yeux.

Une nouvelle version du fluoroscope de Edison, plus commode, est proposée pour les médecins. Comme la première, elle expose fortement l'utilisateur.




La douane également s'en équipe.



Septembre 1896. Un homme a reçu une balle dans la tête mais il n'en est pas mort. Une radiographie localise la balle après {{"sept quarts d'heures de pose"}} qui ont fatigué le patient et interdit une autre prise de vue.

On annonce aussi la radiographie d'une enfant nouveau né. De quoi faire frémir le lecteur contemporain quand on sait que l'exposition à une source intense de rayons X a duré plus de une heure. On observera bientôt les enfants à naître au sein même de leur mère !

Par une radioscopie des poumons d'un homme atteint de pleurésie, il a été possible d'étudier l'évolution de la maladie. La tuberculose osseuse ou pulmonaire, maladie caractéristique de l'époque, sera bientôt la cible privilégiée des auscultations par rayons X.

Octobre 1896. Encore une balle. Cette fois c'est dans la tête d'un enfant. Le tube à rayons X a été placé à ½ pouce du crâne des l'enfant. La pose a duré une heure.

L'intérêt de la communication réside dans la suite de l'article titré :

"Action dépilatoire des rayons X".

L'auteur explique : "au bout de 21 jours après l'expérience, les cheveux se mirent à tomber à l'endroit de pénétration des rayons X sur un diamètre de deux pouces à peu près ; la peau est saine ; le malade n'éprouve aucune douleur ; il n'y avait là aucune lésion".

Nulle inquiétude chez l'auteur qui propose, en guise de conclusion, d'utiliser cette méthode rapide et commode pour la dépilation.

 

 

______________________________________________________________

 

 

Les rayons X, le dernier cri de la mode


Une bobine de Ruhmkorff, un tube de Crookes, un écran fluorescent ? Quoi de plus simple qu'un équipement pour rayon X, d'autant plus que plusieurs fabricants se disputent un marché qui promet d'être juteux.




Ils offrent eux mêmes des démonstrations et ouvrent des cabinets de radiologues où leurs assistantes tiennent souvent le rôle du cobaye. {{Elles découvriront bientôt les effets de ces expositions répétées}}.




Mais c'est dans la rue que le succès devient le plus fort. De grands magasins attirent leur clientèle avec {{les deux spectacles du moment : le cinématographe et les rayons X.}}

Le grand chic pour un magasin de chaussures consiste à radiographier le pied de leurs clientes.








L'appareil à rayon X, comme avant lui le tube de Crookes, devient même l'un des éléments des cabinets d'occultisme.

 

 

 

 

_______________________________________________________________

 

 

 

 

Le revers de la médaille

 

 

Novembre 1896. Un premier article titré : "les méfaits des rayons X". Le témoin a été démonstrateur en rayons X pendant l'été à Londres. Il a, donc, payé de sa personne pendant tout l'été à raison de plusieurs heures par jour d'exposition. Il témoigne :

"Dans les deux ou trois premières semaines je n'en ressentis aucun inconvénient mais au bout de quelque temps apparurent sur les doigts de ma main droite de nombreuse tâches foncées qui perçaient sous la peau. Peu à peu elles devinrent très douloureuses ; le reste de la peau était rouge et fortement enflammé. Ma main me faisait si mal que j'étais constamment obligé de la baigner dans de l'eau très froide… ". Une pommade calme momentanément la douleur mais " l'épiderme s'était desséché, il était devenu dur et jaune comme du parchemin et complètement insensible ; je ne fus donc pas surpris lorsque ma main se mit à peler".

 


Bientôt la peau puis les ongles tombent, les doigts enflent, les douleurs sont incessantes,

 

 

 

"j'ai perdu trois épiderme de la main droite et un de la main gauche, quatre de mes ongles ont disparu de la main droite et deux de la gauche et trois autres sont prêts à tomber. Pendant plus de six semaines j'ai été incapable de faire quoi que ce soit de ma main droite et je ne puis tenir une plume que depuis la perte de mes ongles… "

Le journaliste, rédacteur de l'article se veut cependant rassurant. Ce récit dit-il " pourrait effrayer quelques personnes qui tiennent à leur peau et les éloigner pour toujours du tube producteur des mystérieux rayons, c'est pourquoi nous croyons devoir insister sur le fait que les premiers désordres se sont produits après plusieurs semaines d'une exposition quotidienne d'un tube assez puissant pour permettre les démonstrations publiques."

Février 1897. Les médecins ont découvert ce qui sera l'un des usages essentiel des rayons X : on peut détecter une affection pulmonaire et en particulier une tuberculose par une radioscopie.

Un médecin détecte une tuberculose au dernier stade chez un jeune homme de 20 ans. Son père ayant entendu parler de cobayes tuberculeux guéris après exposition aux rayons X, demande de faire appliquer le traitement à son fils.

Le patient est soumis à {{une heure d'exposition aux rayons X chaque matin}} pendant plus d'un mois. On s'est assuré au préalable du fait que les rayons produits étaient suffisamment pénétrants. 

Même si la peau de sa poitrine doit subir de multiples brûlures, l'état du malade s'améliore au point qu'on le considère bientôt comme guéri.

L'a-t-il été définitivement ? Cette exposition a-t-elle eu des effets secondaires ? Nous ne le saurons pas.

 

 

 

Mai 1897. Deux expérimentateurs qui utilisent les rayons X depuis un an signalent l'effet produit sur leurs mains. L'épiderme s'est épaissi, les poils sont tombés, les ongles se sont exfoliés au point que l'on craint de les voir tomber.


 

 

 

 

 

Ce n'est qu'un début. Bientôt les plaies ne cicatrisent plus. Des cancers apparaissent sur les parties exposées. Il faudra amputer les doigts puis les membres de manipulateurs trop assidus. Ce sera souvent insuffisant et l'issue en sera fatale.

On observe aussi une modification de la formule sanguine et de nombreux cas de stérilité.

Des mesures de précaution sont préconisées. Dès 1904 un praticien américain conseille d'améliorer les tubes par l'usage d'une enceinte imperméable aux rayons X; de verre au plomb devant les écrans d'observation, d'une protection pour les opérateurs. On commence à comprendre les mécanismes de l'action des rayons X sur les cellules vivantes.


Mais bientôt ce sera la guerre 14/18 et l'usage massif des rayons X dans les infirmeries de campagne. "A la guerre, comme à la guerre" est une slogan bien connu. Les précautions viendront plus tard !

C'est en 1921 que Stanley Melville, pionniers des Rayons X et atteint par des lésions, propose la création en Angleterre du "British X-Ray an Radium Protection Committee". Celui ci émet des recommandations généralement ignorées par les radiologues qui les trouvent incommodes.

En 1925 se tient à Londres le premier "Congrès International de Radiologie" qui met en place une commission internationale de protection à laquelle adhèrent la Grande Bretagne, les Etats Unis, la France, l'Allemagne, l'Italie, la Suède. Les recommandations portent à la fois sur les rayons X et les radiations radioactives, désignés globalement sous le terme de "rayonnements ionisants", dont les effets ont été reconnus similaires.

 

 

 

 

 

 

_____________________________________________________________

 

 

 

Un monument à la mémoire des victimes des radiations


Le Professeur allemand, Hans Meyer,  directeur d'une revue de thérapie par les rayonnements prend l'initiative d'un "Monument à la mémoire des victimes des radiations".

Il est inauguré en 1936  au voisinage du Pavillon Roentgen de l'hôpital St-Georg, à Hambourg.

Sur une colonne il porte le nom de 159 victimes dont la mort pour cause d'irradiation est certifiée.

La dédicace est de celles qui s'inscrivent sur les monuments aux morts de la dernière guerre.

"Aux radiologues de toutes les nations : médecins, physiciens, chimistes, techniciens, laborantins et infirmières qui ont fait don de leur vie dans la lutte contre les maladies de l'humanité. Ils ont héroïquement préparé la voie à une utilisation efficace et dépourvue de dangers des rayons X et du Radium ! Les oeuvres des morts sont immortelles."

Mais bientôt une nouvelle guerre sera là qui se terminera par les explosions nucléaire de Hiroshima et Nagazaki. A travers la fission nucléaire, l'utilisation "efficace et dépourvue de danger" de la radioactivité s'est transformée en holocauste !

 

 

 

___________________________________________________________

 

 

 

Les rayonnements ionisants après l'entrée dans l'ère nucléaire.


L'ère du nucléaire militaire.

 

 

 

Des bataillons de médecins et de scientifiques ont investi le Japon. Les irradiés de Hiroshima et Nagazaki ont enrichi les connaissances sur les effets des radiations. Le public en sera-t-il mieux protégé ?

Une nouvelle guerre a été déclarée. Une guerre de l'ombre qui s'est traduite par l'escalade dans l'armement nucléaire. Des bombes vont exploser en plein ciel libérant sur l'ensemble de la Planète les radio-éléments qui vont la contaminer pour des millénaires.

 

 

 

Au Névada des militaires vont être contraints à sortir des tranchées sous le champignon radioactif. Les enfants des écoles seront invités à assister au spectacle à distance. Les populations voisines recevront les retombées.


A Semipalatinsk, en URSS, les villages voisins des explosions ne seront pas évacués et les habitants utilisés comme cobaye.

Dans le Sahara ou à Moruroa, la France exposera aux radiations, les militaires de carrière aussi bien que les "appelés". Les populations de Polynésie ont été exposées en toute connaissance de cause. Malades aujourd'hui ils se battent pour la reconnaissance des dommages qu'ils ont subi.


L'ère du nucléaire "civil"

 

 

Dans cette activité "civile" intimement liée à l'ctivité "militaire"  l'exposition aux radiations est également la règle. Exposition des travailleurs dans les mines, particulièrement en Afrique. Exposition des travalleurs employés en sous traitance pour les nettoyages des enceintes ou leur démantèlement. Exposition et surtout contamination des riverains à l'occasion des accidents. Three Miles Island aus USA et Tchernobyl en Ukraine sont suffisamment explicites.

 

 

 

______________________________________________________________

 

 

Cachez ces rayonnements que nous ne saurions voir.

 

 

Pour développer ces deux activités il était de toute importance d'endormir la vigilance des populations et en particulier de geler toute recherche et toute information sur les effets des "petites doses" de rayonnement ionisants.

 

 

Des "normes" étaient fixées par des organismes présentés comme "indépendants", comme la Commission Internationale de protection radiologiques (CIPR) mais ces normes étaient dictées par un impératif :


être un compromis acceptable entre la protection de la santé et le nécessaire développement de l'industrie nucléaire que des normes trop strictes pourraient gêner.

Le terme adopé par le CIPR en 1977 est :

« aussi bas que raisonnablement possible compte tenu des facteurs économiques et sociaux »

 

 

 

Ce sont les luttes antinucléaires qui, à partir des années 1970, ont relancé les interrogations sur ces normes.

C'est Alice Steward, aux USA, qui enquête sur la santé des 35 000 personnes employées entre 1944 et 1977 à la centrale nucléaire de Hanford. Elle établit avec certitude une corrélation entre "faibles doses" reçues et survenue de cancers. Elle met en évidence une notion admise par tous aujourd'hui : il n'y a pas de seuil ! Toute irradiation peut être à l'origine d'un cancer.

C'est la "Gazette du Nucléaire" en France ou encore l'association PRI (Protection contre les Rayonnements Ionisants) qui font l'information que les autorités officielles s'emploient à dissimuler.

 

 

 

 

_________________________________________________________
 

 

 

 

Et les rayons X ?

 

 

Dans ces années de développement de l'industrie nuycléaire, tout se passe comme si aucune nouvelle donnée sur la possible nocivité des rayons X n'avait été portée à la connaissance des services médicaux.

L'usage des rayons X a, certes, été utile dans de nombreuses applications médicales et l'est toujours mais la technique est-elle sans danger et ces dangers sont-ils bien évalués ? 

Dans les années de l'après guerre on a lutté contre la tuberculose dans les écoles à coup de radioscopie annuelle et obligatoire.

L'appareil de radioscopie a meublé tous les cabinets des médecins et était utilisé comme un banal stétoscope. Les femmes enceintes elles mêmes nétaient pas épargnées.

Là encore les militants antinucléaires sont intervenus. Ils interpellent les médecins, les autorité médicales et bientôt la radioscopie systématique disparaîtra de l'univers médical.

Les normes sont devenues plus strictes mais sont-elles encore satisfaisantes ?

 

 

Sait-on que c'est L'Euratom (CEEA, ou Communauté européenne de l'énergie atomique) qui a en charge la fixation des normes dans le domaine médical ?

L'Euratom a été institué par le traité de Rome en 1957 pour une durée « illimitée ». Dans l'esprit de ses membres fondateurs (les membres de la CECA et de la CEE), l'Euratom est chargé de coordonner les programmes de recherche sur l'énergie nucléaire. Il vise notamment la « formation et la croissance rapide des industries nucléaires ».


C'est donc cet organisme dont le but est d'abbattre tous les obstacles qui freinent le développement de l'industrie nucléaire, et donc les normes qui l'entravent, qui, le 30 juin 1997 publie la Directive 97/43/Euratom du 30 juin 1997
relative à la protection sanitaire des personnes contre les dangers des rayonnements ionisants lors d'expositions à des fins médicales, remplaçant la directive 84/466/Euratom  .link

 

 

 

Cette directive retranscrite, pour ce qui concerne l'aspect médical, en droit français à travers le Décret n° 2003-270 du 24 mars 2003 relatif à la protection des personnes exposées à des rayonnements ionisants à des fins médicales et médico-légales et modifiant le code de la santé publique  link


Cette fois l'objectif affiché évacue l'impératif économique.

 

 

 

 

"toute exposition d'une personne à des rayonnements ionisants, dans un but diagnostique, thérapeutique, de médecine du travail ou de dépistage, doit faire l'objet d'une analyse préalable permettant de s'assurer que cette exposition présente un avantage médical direct suffisant au regard du risque qu'elle peut présenter et qu'aucune autre technique d'efficacité comparable comportant de moindres risques ou dépourvue d'un tel risque n'est disponible."

 

 

 

Il aura fallu toutes ces années avant que l'intérêt des malades prenne le pas sur l'intérêt économique. Reste à espérer que les " techniques d'efficacité comparable comportant de moindres risques ou dépourvues d'un tel risque" seront partout à la disposition de chacun.

 

 

Reste à espérer aussi que tous les moyens de contrôle seront développés. De récentes affaires de surexposition par des appareils mal réglés prouvent que la vigilence est encore insuffisante.

Reste surtout à developper la recherche afin de limiter encore l'usage et l'intensité de ces radiations dont l'effet s'ajoute à celui de tous ces polluants du "progrès" : amiante, pesticides, colles, vernis....

Quant à l'irradiation due à l'industrie nucléaire. Le démantèlement de la centrale électrique de Brennilis  link qui vient d'être arrêté pour cause de non respect des procédures et des normes nous prouve que le "principe de précaution" est encore un terme sans contenu pour les promoteurs de cette industrie.

 

 

_______________________________________________________________

 

 

 

APPEL DES PROFESSIONNELS DE LA SANTE POUR L’INDEPENDANCE DE L’OMS


adressé à Madame CHAN, Directrice Générale de l’OMS et au Ministre de la Santé de votre pays

 

 

 

 

L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) tend à résoudre les problèmes de santé publique. À cet effet, elle doit « aider à former parmi les peuples, une opinion publique éclairée » (Constitution de l’OMS, entrée en vigueur le 7 avril 1948). Or, depuis la signature le 28 mai 1959 de l’Accord OMS-AIEA (WHA 12-40), l’OMS paraît soumise à l’Agence Internationale de l’Energie Atomique (AIEA), pour ce qui concerne les risques liés à la radioactivité artificielle, notamment dans l’étude des conséquences sanitaires de l’explosion de Tchernobyl. Professionnels de la santé, nous nous joignons à ceux qui demandent que l’OMS recouvre son indépendance, conforme à sa Constitution, y compris dans le domaine des rayonnements ionisants.

Par le passé, l’OMS infiltrée par le lobby du tabac, a été paralysée dans la lutte contre le tabagisme passif. De la même manière, l’OMS est paralysée par le lobby de l’atome, incomparablement plus puissant, représenté par l’AIEA, placée au plus haut de la hiérarchie de l’ONU. Cette agence dépend du Conseil de Sécurité, d’où elle coordonne la promotion du nucléaire commercial. L’OMS et les autres agences dépendent, elles, seulement du Conseil Economique et Social.

L’objectif statutaire principal de l’AIEA est « l’augmentation et l’accélération de la contribution de l’énergie atomique pour la paix, la santé et la prospérité dans le monde entier ». L’Accord de 1959 exige que « chaque fois que l’une des parties se propose d’entreprendre un programme ou une activité dans un domaine qui présente ou peut présenter un intérêt majeur pour l’autre partie, la première consulte la seconde en vue de régler la question d’un commun accord ». L’Accord prévoit aussi, article III, « ... de prendre certaines mesures restrictives pour sauvegarder le caractère confidentiel de certains documents ». Cette confidentialité a conduit à la non-publication des actes des Conférences OMS de Genève sur Tchernobyl du 23-27.11.95. Promis pour mars 1996, les 700 participants attendent encore ces documents. Le Dr. Nakajima, alors Directeur Général de l’OMS, confirme en 2001, devant la télévision suisse italienne, que la censure des actes est due aux liens juridiques entre l’OMS et l’AIEA.

Pour les projets de recherche, « régler la question d’un commun accord », c’est ôter toute liberté à l’OMS dans le domaine des accidents nucléaires. L’annexe au programme des Conférences OMS de Genève, illustre ce fait, quand elle décrit la chronologie de l’accident de Tchernobyl. L’annexe confirme que sur le terrain, l’OMS s’est engagée trop tard. Les deux derniers points méritent d’être relus :
 « Début 1990 L’OMS [est] invitée par le Ministère soviétique de la Santé à mettre sur pied un programme international d’aide » ;
 « Mai 1991 Achèvement du Projet International par les soins de l’AIEA ».

 

 

 

Ainsi c’est l’AIEA qui a fourni les plans demandés par le Ministre de la Santé de l’URSS, en lieu et place de l’OMS. Ceci explique que les atteintes génétiques connues pour être essentielles depuis la publication en 1957 du rapport d’un groupe d’étude réuni par l’OMS sur les « Effets génétiques des radiations chez l’homme », aient été omises, les caries dentaires ayant pour l’AIEA une plus haute priorité.

En conséquence, ce sont les promoteurs du nucléaire, l’AIEA et son porte-parole l’UNSCEAR, tous deux obligés aux cadres autoproclamés de la CIPR 1, qui informent l’ONU sur les problèmes de santé à Tchernobyl. Citant 32 morts par irradiation en 1996, ils en concèdent 54 en 2005, et 4000 cancers de la thyroïde chez l’enfant, que l’AIEA ne peut plus contester, comme elle le fit jusqu’en 1995.

Il est urgent que l’OMS vienne en aide à un million d’enfants condamnés à vivre en milieu contaminé par des radionucléides de Tchernobyl. L’irradiation se fait jusqu’à 90% par voie interne, le reste par voie externe. Certains organes concentrent énormément de radionucléides. L’irradiation très chronique qui en résulte a des effets délétères sur la santé. Au Bélarus aujourd’hui, 85% des enfants des régions contaminées sont malades ; avant l’explosion ce n’étaient que 15%.1 Le Médecin chef de la Fédération de Russie signalait, en 2001, que 10% des 184.000 liquidateurs russes étaient décédés et qu’un tiers était invalide. L’Ukraine a fourni 260.000 liquidateurs. Selon le communiqué de presse de l’ambassade d’Ukraine à Paris publié le 25 avril 2005, 94,2% d’entre eux étaient malades en 2004. Lors des Conférences de Kiev en 2001, on apprenait que 10% de ces travailleurs sélectionnés, la moitié étant de jeunes militaires, étaient décédés et qu’un tiers était gravement invalide, la situation se détériorant rapidement. L’ambassade d’Ukraine comptait 87,85% de malades chez les habitants des territoires encore radiologiquement contaminés. La proportion des malades augmentait d’année en année.

 

Des centaines d’études épidémiologiques en Ukraine, au Bélarus ou dans la Fédération de Russie ont établi l’apparition dans les territoires contaminés d’une augmentation significative de tous les types de cancers causant des milliers de morts, une augmentation de la mortalité périnatale et infantile, un grand nombre d’avortements spontanés, un nombre croissant de malformations et d’anomalies génétiques, des troubles et des retards du développement mental, un nombre croissant de maladies neuropsychiques, de cécités et de maladies des systèmes respiratoire, cardiovasculaire, gastro-intestinal, urogénital et endocrinien.

 

Nous, professionnels de la santé, nous nous joignons aux associations qui depuis plus de dix ans contestent ces dérèglements. Nous soutenons les vigies qui stationnent silencieusement à l’entrée de l’OMS depuis le 26 avril 2007. Nous demandons avec eux la révision de l’Accord (WHA 12-40) afin de rendre à l’OMS son indépendance conforme à sa Constitution.

 

Nous demandons que la révision de l’Accord soit inscrite à l’ordre du jour de la prochaine Assemblée Mondiale de la Santé (WHA), pour que l’OMS puisse « agir en tant qu’autorité directrice et coordinatrice, dans le domaine de la santé » ; « stimuler et guider la recherche... » ; « fournir toutes informations, donner tous conseils et toute assistance dans le domaine de la santé » [Articles 2 a, n et q de la Constitution de l’OMS], même lorsqu’il s’agit de rayonnements ionisants ou des conséquences sanitaires de Tchernobyl. Il faut étudier l’effet des faibles doses très chroniques, liées à l’incorporation prolongée de radionucléides artificiels.


Lire la suite  link



 

 
















 

 

 


<!--SPIP-->

 

Repost 0

Présentation

  • : Le blog d'histoire des sciences
  • Le blog d'histoire des sciences
  • : Comme l'art ou la littérature,les sciences sont un élément à part entière de la culture humaine. Leur histoire nous éclaire sur le monde contemporain à un moment où les techniques qui en sont issues semblent échapper à la maîtrise humaine. La connaissance de son histoire est aussi la meilleure des façons d'inviter une nouvelle génération à s'engager dans l'aventure de la recherche scientifique.
  • Contact

Recherche

Pages

Liens