La fée électricité, de l’atome au courant

C’est une histoire de particules qui orbitent autour d’un noyau. L’air que nous respirons, le papier que nous tenons entre les mains, la nourriture que nous avalons… tous sont constitués d’atomes, les constituants élémentaires de n’importe quelle substance solide, liquide ou gazeuse. À l’intérieur de ces atomes, des électrons gravitent autour d’un noyau. Mais il arrive que, sous l’effet d’une attraction extérieure, certains se détachent et circulent dans la matière, créant l’électricité. 

Chaises musicales

Ce flux d’électrons, que l’on appelle communément le courant électrique, « prend la forme d’un jeu de chaises musicales », compare Anne Blavette, chargée de recherche en génie électrique à l’IETR¹, à Rennes. « Si un électron quitte un atome, il ne va pas parcourir des kilomètres tout seul, il prend la place laissée par un autre électron dans un atome voisin, et ainsi de suite. » Toutes ces particules n’ont pas la même propension à se déplacer. Certains matériaux, comme des métaux, permettent une meilleure « conduction » d’atome en atome : on dit qu’ils sont conducteurs.

Mais d’où provient la tension à l’origine du mouvement des électrons ? Il faut tout d’abord comprendre que lorsqu’un atome perd l’un de ses électrons, il est dit « chargé positivement », ce qui induit un déséquilibre. Pour retrouver une neutralité, il cherche à en attirer un autre. Dès l’Antiquité, le savant grec Thalès de Milet avait observé qu’un morceau d’ambre frotté (le frottement arrache des électrons) attire des objets légers, comme des plumes ou des poussières. Traduction : pour tenter de rééquilibrer leur charge électrique, les atomes de la résine fossile cherchent à attirer des électrons contenus dans les plumes ou la poussière.

De l’ambre à la foudre en passant par les signaux électriques émis par le corps humain, l’électricité est avant tout un phénomène naturel. Et ce n’est qu’à partir du 16e siècle que des scientifiques commencent à véritablement étudier le sujet, cherchant à en comprendre la nature. « L’une des premières applications des travaux sur l’électricité est l’invention du paratonnerre par Benjamin Franklin, en 1752 », note Alain Beltran, directeur de recherche émérite au CNRS et historien de l’énergie. « Mais ce qui change complètement les choses, c’est la mise au point de la pile par Alessandro Volta en 1799, poursuit-il. Avant, on observait le phénomène, désormais on sait le déclencher. »

Le physicien et chimiste italien a en effet inventé un appareil révolutionnaire : un empilement de disques de zinc, d’argent et de tissu imbibé d’une solution salée. Au contact de celle-ci, une réaction chimique se produit, entraînant un changement dans la composition des atomes de zinc, qui perdent des électrons, lesquels « voyagent » ensuite dans l’empilement. Le tout crée un flux de particules : un courant électrique.

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Toutes les substances sont constituées d’atomes, à l’intérieur desquels des électrons gravitent autour d’un noyau.
 

La Terre rapetisse

« Cette pile, améliorée au fil du temps, a donné la première grande application de l’électricité, à savoir le télégraphe électrique, dans les années 1840, souligne Alain Beltran. C’est une invention extraordinaire, qui permet une communication très rapide. D’un coup, la Terre s’est rapetissée et les échanges se sont accélérés. » Au milieu du 19e siècle, le progrès technique entraîne un changement de perception, et donc de la manière d’envisager le monde.

Pourtant, l’électricité peine encore à s’imposer. « Elle est concurrencée par le gaz et la machine à vapeur, qui existaient bien avant, précise l’historien. Mais on parle de fée électricité, pas de fée charbon ni de fée gaz, elle a ce côté très sympathique. » Elle présente surtout de nombreux avantages. Les bougies éclairent peu, le gaz explose, et pour transporter de l’énergie, il fallait jusqu’ici déplacer la matière première : charbon, gaz ou pétrole. Ce qui ne concerne pas l’électricité, « aussi simple à utiliser qu’elle est scientifiquement difficile à expliquer », pointe le chercheur.

C’est d’ailleurs à la suite de graves incendies liés à l’éclairage au gaz de théâtres, dans les années 1880, que ce dernier disparaît des lieux publics. « À la fin du 19e siècle, l’électricité est adulte. On sait la produire, la faire voyager et la transformer », explique Alain Beltran. Elle trouve alors une application dans de nombreux secteurs, des transports aux moyens de communications en passant par l’industrie.

Progrès sociétaux

À partir des années 1890, la France s’électrifie progressivement. Le principal défi réside dans la construction d’un réseau capable de desservir le pays entier, un chantier colossal. « Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, un à deux millions de Français ne sont toujours pas raccordés au réseau électrique », raconte le chercheur. Les campagnes, et en particulier les hameaux, font partie des derniers lieux raccordés.

« Il y a un avant et un après l’électricité, ça change beaucoup de choses dans le quotidien, notamment avec l’arrivée des appareils électroménagers », soulève l’historien. Le géant de l’électroménager Moulinex va même jusqu’à afficher sur des publicités qu’il « libère la femme ». Le constat est en réalité plus nuancé. L’imaginaire domestique a beau se redessiner, les appareils maintiennent les femmes dans un rôle de ménagère. Malgré tout, « la maîtrise de l’électricité a été une vraie révolution, c’est un progrès technologique qui a amené des progrès sociétaux, souligne Anne Blavette. L’écrivain américain David Bodanis affirme même que l’électrification de la société a contribué à la généralisation du droit de vote, en réduisant le caractère pénible et avilissant de certaines tâches, réduisant de facto la perception de différence de statut social entre les citoyens les plus aisés et les travailleurs des classes populaires ».

Feux tricolores, ascenseurs, transactions bancaires, éclairage, chauffage, pompes à essence… l’électricité est aujourd’hui intégrée à l’immense majorité de nos gestes quotidiens. « Il est si automatique de l’utiliser qu’on ne s’en rend plus compte », note Alain Beltran. Pourtant, elle a commencé à se diffuser il y a moins de 150 ans. Un grain de sable à l’échelle de l’histoire de l’humanité. En quelques siècles, la compréhension du comportement de quelques particules a bouleversé nos vies.