Le blog d'histoire des sciences

Cicatrice de la science : parfois un mot, un nom, une expression, une règle,  semblent échapper à toute la logique que l'on attendrait des sciences. De quoi irriter l'apprenti scientifique. Un retour sur l'histoire de la discipline est alors nécessaire et nous rappelle que la science est une activité humaine, une activité vivante, qui porte parfois les cicatrices de son passé.

La notion de courant électrique a une longue histoire qui semble s'achever en cette fin de 19ème siècle où s'éclaire la notion d'atome. Cette particule apparaît alors comme constituée d'un noyau portant des charges électriques positives, les protons, et des charges négatives dans un nuage d'électrons gravitant autour de celui-ci. Deux conceptions opposées du courant électrique se rejoignent alors. Celle de Franklin considérant un fluide unique circulant du pôle positif du générateur qui porte un excès d'électricité vers son pôle négatif qui en présente un  défaut. Celle d'Ampère qui imagine deux courants de fluide négatif et de fluide positif émis par chaque pôle et se croisant dans le conducteur. Ampère choisissant alors de définir comme sens conventionnel du courant celui du fluide positif.

Nous voici arrivés au moment où la situation se fige.

Il est vrai que, dans l’électrolyse, deux courants de charges opposées se croisent dans la solution d’électrolyte, suivant ainsi le modèle proposé par Ampère. Dans les conducteurs métalliques, par contre, seules les charges négatives sont mobiles. Le fluide positif reste immobilisé dans les noyaux fixes des atomes. Le courant électrique doit à présent être considéré, dans un circuit métallique, comme un unique courant d’électrons se déplaçant du pôle négatif du générateur vers son pôle positif. C'est à dire dans le sens inverse de celui proposé par Franklin et choisi de façon conventionnelle par Ampère.

Cette découverte est-elle un évènement suffisant pour provoquer une révolution dans les conventions électriques ? Il faut constater qu’on s’accommodera de ces électrons qui se déplacent dans le sens inverse du sens "conventionnel". Ce déplacement n’est d’ailleurs pas spectaculaire. Nous pouvons à présent répondre à l’ancienne interrogation de Maxwell. La vitesse du courant d’électrons dans un courant continu n’est pas de plusieurs millions de lieues à la seconde et si elle est quand même supérieure à un centième de pouce à l’heure, elle ne dépasse pas quelques centimètres à l’heure. Ce résultat parle peu à l’imagination. Ce lent courant d’électrons s’accorde mal avec la puissance observée des phénomènes électriques. C’est peut-être pourquoi on préfère continuer à raisonner sur le courant mythique des premiers temps de l’électricité qui se précipiterait du pôle positif vers le pôle négatif.

Un courant d'électrons, vraiment ?

Pour qui constate l'allumage instantané de la lampe après qu'on ait pressé l'interrupteur, il est quand même difficile de se satisfaire de ce lent déplacement des électrons. Encore plus difficile quand ce courant est alternatif et que les électrons vibrent sur place. Une question se pose : et si ce déplacement d'électrons n'était pas un simple effet du "courant électrique" qui, lui, serait bien autre chose.

Et d'ailleurs ces électrons ! De Broglie en a donné la représentation d'une onde que la technique a su mettre en œuvre dans les microscopes électroniques. La physique quantique les a transformés en "quantons" ni ondes ni particules mais nouvelles entités que le cerveau même des chercheurs a du mal à mettre en image.

Combien de temps faudra-t-il pour qu'un nouveau modèle du courant électrique prenne place dans les manuels scolaires et pour que le modèle actuel s'ajoute à la liste des Cicatrices de la Science.

Pour l'instant faut-il nous contenter de considérer qu'un courant électrique est ce phénomène physique que nous mesurons avec un ampèremètre ?