Histoire de l'électricité
L’électricité est tellement présente dans notre quotidien, comme si elle en avait toujours fait partie. Pourtant, elle a dû subir maintes expériences et parcourir des siècles et des siècles de recherches pour arriver jusqu’à nous. Faisons un petit voyage dans le temps pour nous rappeler d’où vient l’électricité.
Démonstration de l'électricité, Stave Falls Powerhouse, USA
Les premières expériences sur l’électricité
La première expérience ayant permis de découvrir ce qui sera développé comme l’électricité remonte vers 600 ans avant Jésus-Christ. À cette époque, Thalès de Milet découvre l’attraction des corps légers grâce au frottement d’une tige d’ambre sur une peau de chat. Le mathématicien décide d’appeler ce phénomène « elektron ». Toutes les prochaines découvertes en sont inspirées.
C’est vers le XVIIe siècle qu'Otto de Guericke tente l’expérience avec d’autres matériaux, comme l’améthyste, le rubis ou encore le saphir. La plus marquante des tentatives reste la création de la première machine électrostatique. Celle-ci fonctionnait avec une boule de soufre frottée qui tourne autour d’un axe. Des étincelles confirmaient la production d’électricité statique. Plus tard, d’autres physiciens découvrent que le frottement du verre permettait non seulement de produire de l’électricité, mais que cette production était plus importante que celle avec le souffre ou l’ambre.
Illustration de l'expérience avec le globe de souffre, tiré du livre Experimenta Nova d'Otto von Guericke, 1672
De ces expériences est apparue la théorie selon laquelle l’électricité existe en deux formes : celle produite par le frottement de matière transparente (verre, cristal) et celle par la matière bitumeuse (ambre ou résine). On parlait alors d’électricité vitrée et résineuse. Il faut attendre les expériences de Stephen Gray (1666 – 1736) pour distinguer les matières conductrices et les isolantes. Il a démontré que les fils de soie et de métal ainsi que le corps humain peuvent véhiculer l’électricité.
Illustration de l'expérience de Stephen Gray sur l'écoulement de l'électricité
Une des expériences des Gray reproduite de nos jours
Les recherches sur le magnétisme sont intrinsèquement liées à celles sur l’électricité. Depuis l’Antiquité, la pierre de Magnésie suscitait la curiosité des savants. Ces derniers ont poussé leur imagination et leur talent pour aboutir à des inventions novatrices comme les boussoles, inspirées des aimants permanents de la magnétite. Des expérimentations ont permis d’en apprendre davantage sur le potentiel de l’aimant, mais la plus marquante reste certainement celle de l’aimant brisé et ressoudé. Plus tard, vers le XVIe siècle, il a été démontré que la Terre est un aimant, en témoignent la déclinaison et l'inclinaison des aiguilles aimantées.
Les grands tournants de l’histoire de l’électricité
La « bouteille de Leyde » marque certainement l’histoire de l’électricité. On doit cette invention à Pieter Van Musschenbroek qui travaillait à l’université de Leyde. En retirant à la main une tige métallique plongée dans une bouteille d’eau liée à une machine électrique, il s’est « ressenti » les effets du courant. Il communique son « expérience » à l’Académie de Sciences de Paris et « la bouteille de Leyde » est devenue populaire. Cette expérimentation a permis de découvrir que la bouteille a condensé l’électricité. Plus tard, la bouteille deviendra le condensateur.
Bouteille de Leyde initiale, l'eau pouvait être chargée en électricité à travers le clou
Bouteille et jarre de Leyde évoluée, les feuilles d'étain remplacent l'eau pour condenser l'électricité
À partir de cette expérience, Louis Guillaume Lemonnier a relié deux armatures d’une bouteille de Leyde afin d’obtenir du courant électrique temporaire dans un long conducteur. Cette découverte de 1746 a permis également de réaliser que le courant ou la matière électriques se déplace 30 fois plus vite que le son.
Un autre tournant de l’histoire de l’électricité : l’invention de la pile. On doit cette découverte à Alessandro Volta (1745 – 1827) qui a mis au point une classification des métaux électriques. En se basant sur ses travaux, Volta a fabriqué un dispositif composé de disques de zinc, de cuivre et de tissu imbibé de saumure. Il les a reliés avec un fil conducteur. Le résultat a été stupéfiant : cet appareil produit des courants électriques et peut se recharger. De là est développée l’électricité dynamique, par opposition à ce qui était connu jusque-là : le courant statique. L’appellation de l’unité de tension électrique, Volt, est inspirée de ce génie.
Illustration de la pile de Volta, Leçons de Physique ; Éditions Vuibert et Nony, 1904
Depuis, les scientifiques ne cessent de mener des recherches et de faire des expérimentations pour développer davantage l’électricité et en élucider les mystères. En s’inspirant des travaux de Gray, l’abbé Nollet a par exemple fait des essais spectaculaires sur le corps humain.
L’une des plus grandes inventions dans l’histoire de l’électricité, et surtout celle que tout le monde connaît, est sans doute l’invention de la lampe à incandescence par Thomas Edison (1847 – 1931). Bien qu’Humphrey Davy, en 1813, ait inventé la lampe à arc électrique, il a fallu le perfectionnement de Thomas Edison pour que cette idée se développe et se popularise. D’ailleurs, bien avant Edison, d’autres chercheurs ont fait des expériences sur l’incandescence, à l’instar de James Lindsay (1835), Joseph Swan (1878) ou encore Heinrich Gobel (1854). En 1880, Thomas Edison a choisi d’illuminer un quartier pour accueillir Sarah Bernhardt (1880), et faire ainsi la promotion de son invention. Celle-ci est reconnaissable par sa bulle de verre avec un filament de bambou qui brûle en son intérieur.
Une des premières ampoules produites par Edison lors de sa démonstration à Menlo Park, à Noël 1879
Les grandes lois ayant fait évoluer l’électricité
Parce qu’il n’y a pas d’électricité sans loi, voici quelques-unes des plus importantes régissant l'électricité.
En 1785, Charles-Augustin Coulomb a défini la loi permettant de mesurer la force de deux corps porteurs de charges électriques. La loi de Coulomb est née de l’invention de la balance à torsions, dispositif permettant de démontrer que « les forces électriques s’exercent en raison inverse du carré de la distance ». Il est désormais possible de calculer la quantité de courant transmis par un ampère par seconde. L’unité de charge électrique, Coulomb, doit ainsi son nom à cet ingénieur militaire.
En 1826, Georg Simon Ohm a travaillé sur la connexion entre tension et intensité. Il s’est concentré sur cette relation de proportionnalité directe et a permis de conclure par la formule U = RI et le symbole d’unité de mesure « Ω » pour ohm. C’est la Royal Society, homologue anglais de l’Académie de sciences de Paris, qui récompense l’inventeur pour cette découverte.
En 1834, Michael Faraday a fait des travaux ayant permis d’approfondir les expériences sur l’électrolyse. La conversion de l’énergie électrique en énergie chimique a été le plus marquant de ses travaux. Ceux-ci ont abouti aux lois fondamentales de l’électrolyse. C’est le physicien anglais Faraday qui a également développé les recherches sur l’électricité moderne. Il est ainsi le père de l’induction électromagnétique, principale base de l’industrie électrique.
Les raffinements de l'époque contemporaine
Depuis Thalès, les expérimentations et les travaux sur l’électricité n’ont cessé d’accaparer l’attention des physiciens, mathématiciens et autres savants de l’histoire. Les découvertes et les inventions se sont enchaînées, comme les premières centrales hydroélectriques en 1880, le transport électrique à distance en 1882, l’électricité d’origine éolienne en 1888 ou encore l’électricité d’origine géothermique en 1904.
Alors que la première éolienne a été expérimentée dans le jardin de son inventeur Charles Brush, la plus grande centrale d’hydroélectrique du monde se trouve en Chine, sur le Yang Tse Kiang. Si la ville de Bourganeuf de la Creuse a été la première à inaugurer un éclairage électrique des rues, le premier réseau moderne de chauffage urbain a vu le jour à Revkiavik en 1930.
L’électricité est une histoire qui continue de se produire avec les nombreuses inventions. Toutefois, toutes les machines et les appareils électriques trouvent leur origine dans ces premières expériences et ces lois. Le XXe siècle a marqué l’industrie de l’électricité et le développement mondial d’électricité repose actuellement sur des sources d’énergie fossiles et renouvelables. Notons également que 1/4 de l’énergie primaire sert dans la production de l’électricité.
La première éolienne créée par Charles Brush : 18 mètres de haut, plus de 36 tonnes et une dynamo de 12 kilowatts
Extrait du journal American Scientific, consacré à l'éolienne de Charles Brush
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