électricitéAux origines de l’électricité : la production d’étincelles

C’est grâce à l’ambre jaune (résine d’arbre fossilisée) que les hommes préhistoriques ont produit des étincelles. En effet, lorsqu’on frotte cette pierre à la forme d’une perle vitreuse, elle s’électrise quelques instants et attire des objets légers tels que duvets, cheveux, fils ou brins de paille.

La pierre précieuse à l’origine du mot électricité puisque électron signifie ambre jaune en grec, a donc une propriété électrostatique. Cette découverte a été notée par le philosophe grec Thalès de Milet au 6ème siècle avant J.-C. Le naturaliste grec Théophraste (3ème siècle avant notre ère) rapporte dans son Traité des pierres précieuses, que d’autres substances sont capables d’attirer les corps légers et le naturaliste romain Pline mentionne la propriété électrostatique de l’ambre dans son Histoire naturelle (milieu du 1er siècle avant J.-C). Les anciens auraient aussi utilisé la pierre de magnésie, aimant naturel (Magnésie était une cité grecque, aujourd’hui située à l’ouest de la Turquie), d’où le terme électromagnétique.

Vers 200-100 av J.-C, les devins chinois utilisent les propriétés magnétiques pour fabriquer des tables de divinations magiques et inventent plus tard la boussole, probablement vers le 11ème siècle après J.-C. Pierre de Maricourt, un savant du Moyen Âge, étudie l’instrument boussole et distingue en 1269 dans un traité Epistola de magnete qu’il a rédigé sur la propriété des aimants, les pôles Nord et Sud qui s’attirent et se repoussent.

William Gilbert (1544-1603), physicien pionnier, chercheur scientifique et médecin anglais de la reine Élisabeth Ire publie des lois relatives au magnétisme et à l’électricité en 1600 dans son ouvrage « De magnete ». Il invente un électroscope, explique les phénomènes électriques et magnétiques par des « effluves » et forge l’adjectif électrique. Ce premier livre de physique expérimentale fait le bilan de vingt années d’expériences sur le magnétisme des aimants naturels et artificiels et sur les boussoles. On parle toujours aujourd’hui de « gilbert » pour qualifier une unité de force magnétique. Dans son traité, William Gilbert a établi une liste de corps susceptibles d’être attirés par l’ambre frotté. Il découvre la même propriété d’attraction dans le cristal, la plupart des pierres précieuses (diamant, rubis, améthyste, opale, etc.), les matières vitrifiées, et plus spécifiquement le verre blanc transparent, le soufre, le talc, l’alun et les cristaux de sel gemme.

À la fin du 17ème siècle, le physicien allemand Otto de Guericke (1602-1686), scientifique, inventeur et homme politique allemand, met au point la première machine constituée d’une sphère de soufre pouvant électriser une surface de manière quasi permanente. En 1709, le physicien anglais Francis Haukesbee (1688-1763) fabrique une machine inspirée de celle d’Otto von Guericke dans laquelle il substitue la sphère de soufre à un cylindre de verre. Il observe pour la première fois les étincelles électriques générées à la surface d’un corps électrisé.

Nos ancêtres de l’antiquité avaient aussi remarqué l’électricité produite par des êtres vivants, et notamment par les poissons-chats électriques et les torpilles (dont on retrouve des représentations sur des bas-reliefs en Égypte et sur une mosaïque de Pompéi). Ces poissons produisent des décharges électriques qui semblaient avoir des effets thérapeutiques. Quelques siècles plus tard, Luigi Galvani (1737-1798) physicien et médecin italien fait des expériences sur des cuisses de grenouilles. Il touche leur nerf avec du métal, provoquant des vives contractions des cuisses et le jaillissement d’une étincelle. Galvani écrira un ouvrage dans lequel il formulera l’hypothèse d’une « électricité animale », qui serait sécrétée par le cerveau et se déchargerait lorsque nerf et muscle sont reliés par les métaux. Sa théorie et ses expériences seront néanmoins contredites et rejetées par les expériences d’Alessandro Volta, l’inventeur de la première pile électrique, qui pense que c’est le contact de deux métaux différents qui met en mouvement l’électricité et que les tissus organiques n’ont qu’un rôle passif.

Charles-François de Cisternay Du Fay (1698-1739), chimiste français, premier intendant du jardin du roi Louis XV, après avoir examiné l’attraction et la répulsion de corps électrisés par frottement, fait la découverte en 1733, de deux sortes d’électricité : une feuille d’or est repoussée par le verre (électricité vitreuse négative) et attirée par la résine (électricité positive résineuse). On parlera alors d’isolants, s’électrisant par frottement et conservant l’électricité à leur surface et de conducteurs s’électrisant par contact et conservent l’électricité s’ils sont isolés du sol.

L’abbé Jean Antoine Nollet (1700-1770) invente l’électroscope et déclare que l’électricité est un fluide subtil, composé de matière effluente (fraction liquide rejetée à la suite d’un traitement qui l’a débarrassée de tout produit de valeur) et affluente (se dit d’un cours d’eau qui se jette dans un autre. Jean Jallabert (1712-1768), physicien et politique suisse, publie en 1745 « Conjectures sur les causes de l’électricité des corps »  dans lequel il explique, après avoir fait des expériences sur l’attraction des corps légers que le courant est un seul fluide électrique qui se dilate et se contracte.

Benjamin Franklin (1712-1768) imprimeur, éditeur, écrivain, naturaliste, inventeur et homme politique américain, s’intéresse à la foudre, prouve en 1752 qu’elle est un phénomène provoquée par l’électricité et invente le paratonnerre. Dans son ouvrage publié en 1750 « Opinions et conjectures concernant les propriétés et les effets de la matière électrique », il explique qu’un corps possède une certaine quantité de fluide électrique, que les électricités sont positive et négative (en surplus noté + et en déficit noté -) et démontre le principe de la conservation de la charge et principe de l’action à distance.

Charles Augustin Coulomb (1736-1806), officier, ingénieur et physicien français présente en 1785 à l’Académie des sciences un mémoire sur l’électricité et le magnétisme, dans lequel il explique le principe selon lequel deux corps chargés d’électricité interagissent, c’est-à-dire la loi de la force électrique. Isaac Newton (1642-1727) publie Opticks en 1703 et explique les mouvements des planètes, et le paradigme de l’action instantanée à distance.

La production d’électricité fascine et passionne. Pieter van Musschenbroek, physicien néerlandais invente en 1745 la bouteille de Leyde, l’ancêtre du condensateur dans la ville de Leyde (ou Leiden) aux Pays-Bas. Cette bouteille fut d’abord utilisée pour provoquer des chocs électriques ou électrisations ou commotions au public dans les foires.  Les scientifiques commencent à s’intéresser à la conduction électrique. Ainsi Stephen Gray (1666-1736) teinturier britannique, est le premier à avoir systématiquement expérimenté ses recherches avec la conduction électrique plutôt que d’analyser uniquement la production et l’effet de charges statiques. Il organise des spectacles dans lesquels il met en scène de jeunes garçons suspendus au plafond par des balancelles munies de cordes en soie ou isolés du sol sur des tabourets en verre. Électrisés, ils émettent des étincelles si un conducteur est placé devant eux ou attirent avec leur main des feuilles d’or.

L’expérience que fait en 1820 Hans Christian Oersted, physicien et chimiste danois (1777-1851) prouve qu’un courant électrique peut faire pivoter l’aiguille aimantée d’une boussole. Sa découverte contribuera au développement de l’électromagnétisme et la relation entre électricité et magnétisme.

André Marie Ampère (1775-1836), mathématicien, physicien, chimiste et philosophe français, propose une théorie mathématique de l’électricité et ses expériences prouvent que deux courants électriques s’attirent lorsqu’ils vont dans le même sens et inversement, des courants de sens contraire vont se repousser. Il publie en 1826 « Mémoire sur la théorie mathématique de phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l’expérience ». Il est à l’inventeur des appareils de mesure, voltmètre et ampèremètre

Michael Faraday (1791-1867) physicien et chimiste britannique, a présenté ses travaux fondamentaux dans le domaine de l’électromagnétisme et l’électrochimie. Il découvre en 1831, l’induction électromagnétique, c’est à dire la création d’un courant dans un conducteur à partir d’un champ magnétique et vérifie l’expérience d’Oersted. Si l’on trompe un fil conducteur trempe dans du mercure, le fil reste fixe. Mais l’aimant se met à tourner autour du fil, dès que l’on établit le courant.

Hippolyte Pixii, (1808-1835) fabrique à Paris en 1832, la première machine électrique à induction contenant un aimant tournant en face des pôles d’un électroaimant fixe. C’est alors un générateur de courant alternatif permettant d’obtenir du courant continu grâce au commutateur créé par Monsieur Ampère.

James Clerk Maxwell (1831-1879) physicien et mathématicien écossais publie en 1865, son traité d’électricité et de magnétisme dans lequel il met en équation des phénomènes électromagnétiques, ce sont les célèbres « équations de Maxwell » . Ces diverses expériences seront à l’origine de deux lois, la loi de Faraday-Maxwell (Lien entre électricité et magnétisme), et la loi d’Ampère-Maxwell (lien entre électricité et magnétisme). En 1885, Galileo Ferraris, ingénieur italien, introduit le principe du champ tournant dans la construction des moteurs électriques.

Alessandro Volta (1745 – 1827), physicien italien empile alternativement des disques de métaux différents (cuivre, zinc) séparés par des disques de feutre imbibés d’acide et invente la pile électrique en 1799. Il est à l’origine de l’électrodynamique. Peter Barlow (1776-1862) mathématicien et physicien britannique, construit une roue en 1822  qui serait le premier moteur électrique de l’histoire. C’est un simple disque métallique découpé en étoile et dont les extrémités introduites dans un godet contenant du mercure assurent l’arrivée du courant.

Claude Chappe (1763-1805), inventeur français qui démontra la communication pratique par sémaphore. Il fut le premier entrepreneur des télécommunications dans l’histoire de l’humanité invente le télégraphe en 1792. Samuel Morse (1791-1872), peintre américain, développe un télégraphe électrique en 1844 et l’alphabet qui portent son nom, le Système Morse. Il crée la première liaison télégraphique entre Washington et Philadelphie.

Philip Reis (1834-1874), scientifique allemand est l’inventeur le premier téléphone en 1861 en transmettant à distance, à l’aide de l’électricité, des sons musicaux. Un transmetteur à diaphragme muni d’une mince membrane, à laquelle se raccorde un fil de platine, lui-même relié à une tête de platine réglable constitue le nouvel appareil. Une aiguille à tricoter, enroulée sur un socle de résonance en bois, sert de récepteur et fait office d’électro-aimant. Graham Bell (1847-1922), ingénieur britanno-canadien, met au point un téléphone en fabriquant un émetteur et récepteur constitué d’un mince diaphragme en tissu et en métal, avec un aimant en fer à cheval, entouré d’un bobinage en fil de fer, servant de bobine d’induction. En frappant le diaphragme, les ondes sonores le font vibrer dans le champ de l’aimant et génèrent dans la bobine un courant électrique proportionnel aux oscillations du diaphragme. Le courant se propage le long d’un câble jusqu’à la station réceptrice, où il modifie l’intensité du champ magnétique de l’écouteur. Ces variations d’intensité provoquent à leur tour la vibration du diaphragme, reproduisant ainsi le son d’origine. Son invention sera présentée à l’Empereur du Brésil lors de l’exposition du premier centenaire des États-Unis à Philadelphie en 1876. Il est à l’origine de la constitution de la Compagnie Bell. L’American Telegraph and Telephone (ATT) sera créée en 1885.

Hermann von Jacobi (1801-1874), ingénieur et physicien prussien, à l’origine de la notion de « force contre-électromotrice, construit en 1834 un moteur d’une puissance d’un cheval-vapeur qui propulsera un bateau à roue à aubes sur la Neva, à Saint-Pétersbourg.  En 1835, Thomas Davenport, (1802-1851) forgeron et inventeur américain construit un des premiers véhicules électrique avec des pistons de machine à vapeur. Puis Jean-Gustave Bourbouze (1825-1889), ingénieur français et pédagogue technique, fabrique en 1840 un moteur électrique actionné par des électroaimants excités alternativement à l’aide des contacts commandés par un tiroir « distributeur ».

Gustave Froment (1815-1865) inventeur et mécanicien français, construit en 1845 la première machine équipée d’un moteur rotatif comportant une couronne d’électro-aimants fixes qui attirent des barres de fer portées par une roue. Heinrich Ruhmkorff (1803-1877) ingénieur allemand, met au point en 1856 la bobine qui porte son nom en se basant sur les travaux de ses prédécesseurs. Il en fera un instrument scientifique performant destiné à la commercialisation.

Antonio Pacinotti (1841-1912), physicien et universitaire italien, met au point en 1859 une machine électrique constituée d’un anneau d’acier entouré d’un fil de cuivre, « l’anneau de Pacinotti ». C’est la base du moteur électrique et de la dynamo. Werner von Siemens (1816-1892 ) inventeur et industriel allemand, établit en 1866, le principe de la dynamoélectrique et en 1877 obtient le brevet du haut-parleur électrodynamique. Il expose en 1879 la première locomotive électrique à l’exposition universelle de Berlin. L’Anglais Wilde réalise en 1868 la première machine dynamoélectrique ou dynamo. Il remplace, à la suite des travaux de Werner von Siemens, l’aimant permanent par un électro-aimant alimenté par une machine auxiliaire.

Thomas Edison (1847-1931), inventeur américain, met au point de multiples inventions (1200 brevets) comme l’éclairage public, le téléphone en 1876, sa première lampe électrique à incandescence qui reste allumée 45 heures en 1879, la caméra en 1891, la dynamo pour tramway en 1907. Il fonde en 1878, l’Edison Electric Light Co. à New York.

Zénobe Gramme (1826-1901), inventeur belge, met au point la première génératrice industrielle de courant continu en 1870. La France organise en 1881 une exposition internationale d’électricitéqui consacre la naissance de l’électrotechnique, puis un Congrès international des électriciens. La grande nouveauté sera l’emploi industriel de la dynamo Gramme.

Marcel Deprez (1843-1918), ingénieur français, mène de 1876 à 1886 les premiers essais de transport d’électricité sur de longues distances à Creil. À l’Exposition internationale d’Électricité de Paris en 1881, il présente pour la première fois une installation de distribution d’énergie électrique alimentée par deux dynamos. Il réalise une autre expérience de transport d’électricité entre Vizille et Grenoble sur une distance de 14 km en courant continu, pour éclairer la halle du centre-ville de Grenoble. En 1886, la ville lumière de Bourganeuf en Creuse est la première en France, voire en Europe, à inaugurer un éclairage électrique de l’ensemble des rues de la localité avec un site de production éloigné des lieux de consommation. L’éclairage de Bourganeuf comportait alors 106 lampes : éclairage des rues, église, mairie, cafés.

Lucien Gaulard (1850-1888), chimiste français, met au point le transformateur à circuit magnétique fermé en 1886 et présente à la Société française des électriciens un « générateur secondaire », dénommé depuis transformateur. Cet appareil permet d’augmenter fortement la tension au détriment de l’intensité du courant et donc de diminuer énormément les pertes par effet Joule lors du transport sur de grandes distances. Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs anglais seront les premiers, en 1883, à parvenir à transporter de l’énergie électrique sur une distance de 40 km grâce à un courant alternatif généré sous une tension de 2 000 volts.

Les Hongrois Károly Zipernowsky, Miksa Déri et Ottó Titus Bláthy mettent au point un transformateur en 1885, avec un noyau annulaire qui sera commercialisé dans le monde entier par les Compagnies Ganz à Budapest.

Nicolas Tesla (1856-1943) inventeur et ingénieur serbe de Croatie, et citoyen américain, conçoit un « prototype » de moteur asynchrone à Strasbourg en 1883. Il est à l’origine du montage Tesla dans le domaine de la radioélectricité. Son nom a été donné à l’unité d’induction magnétique dans le système SI, le tesla (symbole T). Il fonde une société pour la construction des alternateurs. Grâce à ses travaux, le courant alternatif remportera la bataille du transport à distance et de l’utilisation du courant alternatif. En 1891, la première expérience pour le transport d’énergie à grande échelle est faite en Allemagne. C’est la réalisation d’une ligne longue de 175 kilomètres entre Lauffen-sur-le-Neckar et Francfort-sur-le-Main.

En 1886, George Westinghouse, inventeur et industriel américain, s’intéresse à l’électricité industrielle et fonde la Westinghouse Electric Corporation. Après avoir obtenu en 1887 un brevet pour un transformateur, il réalise à Buffalo un premier réseau à courant alternatif pour l’éclairage. Aux États-Unis, il obtient face à son concurrent Edison le contrat d’installation de toute l’infrastructure électrique. Le courant alternatif sera alors imposé dans le monde entier pour la distribution de l’électricité. Cette invention permettra de distribuer l’énergie dans les pays développés et provoquer une seconde révolution industrielle.

L’invention du premier poste de radiotélégraphie en 1896 par Guglielmo Marconi (1874-1937) physicien, inventeur et homme d’affaires italien, s’inspire de différentes inventions. Notamment celle de Edouard Branly (1844-1940) physicien et médecin français, qui inventa le détecteur d’ondes en 1890, celle d’Aleksandr Popov (1859-1906) physicien et ingénieur russe, inventeur de l’antenne de réception en 1895. Guglielmo Marconi s’inspira aussi des recherches d’Oliver Lodge (1851-1940) physicien britannique ayant lui-même reproduit en 1894 les expériences de Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), ingénieur et physicien allemand ayant découvert les ondes hertziennes auxquelles il a donné son nom.

À la fin du 19ème siècle, les chemins de fer seront électrifiés. La mise en service de la première locomotive électrique de métro à Londres a lieu en 1890 et le premier chemin de fer d’Europe entièrement électrifié se fera en Suisse à Berthoud-Thoune (40 km ; 750 V ; 40 Hz) en Suisse en 1899.

Puis l’électricité pénètre dans les foyers grâce aux entreprises électriques qui installent les premiers compteurs à tarif unique chez leurs clients en 1896. C’est aussi l’invention du fer à repasser en 1888 et la première cuisinière électrique en 1893 que l’on doit à  Friedrich Wilhelm Schindler-Jenny, autrichien. Le premier aspirateur est commercialisé sous le nom de pompe à dépoussiérage en 1906 et en 1920 et les machines à laver seront ensuite équipées d’un moteur électrique. La production et les besoins d’électricité ne cesseront d’augmenter. Le 20ème siècle verra le développement mondial des réseaux électriques avec la construction de centrales hydrauliques, puis des centrales nucléaires.

Aristide Bergès, (1833-1904) industriel papetier et ingénieur hydraulicien français du XIXe siècle introduit la houille blanche, combustible propre, puisqu’il s’agit de l’eau. La houille blanche sera définitivement adoptée par le public lors de l’Exposition universelle de Paris de 1889, où il en fait l’expression populaire pour caractériser la puissance hydraulique sous toutes ses formes et déclare que la houille blanche est préférable à la houille noire, le charbon. Esprit positiviste, il pense que le progrès technique doit servir au progrès social. En 1896, il fonde la Société d’éclairage électrique du Grésivaudan qui fournit l’électricité à bas prix à toute la vallée et alimente la ligne de tramway de Grenoble à Chapareillan. Dans les années 1920, une rapide expansion de l’électricité voit le jour en France, avec une multiplication par huit de la production d’électricité hydraulique.

En Allemagne la première installation de transmission de courant triphasé (15 kV, 40 Hz) entre une centrale hydraulique située à Lauffen-sur-le-Neckar et Francfort sur une distance de 175 km (pertes de transport de 25 %) a lieu en 1891. Dans les années 1920, une rapide expansion de l’électricité voit le jour dans les grands pays industriels, en France (En Europe, une centrale hydraulique de 7 kW est construite à Saint-Moritz en 1879), aux États-Unis, avec le développement de la production d’électricité hydraulique. Les réseaux à très haute tension (380 kV) de la France, de la République fédérale d’Allemagne et de la Suisse sont interconnectés pour la première fois à Laufenburg en 1967.

L’électricité sera ensuite produite grâce à la découverte de l’énergie nucléaire issue de la recherche sur la radioactivité. C’est le professeur prussien Wilhelm Roentgen (1845-1923), physicien allemand, qui fait la découverte en 1895 des rayons X capables de faire apparaître des images sur des plaques noires grâce à des radiations, c’est ainsi on peut voir le squelette humain à travers ces plaques. Henri Becquerel démontre en 1896 que l’uranium est la matière qui produit ces rayons radioactifs. L’unité de mesure de la radioactivité porte le nom « le Becquerel ». Puis Pierre Curie (1859-1906) physicien français et Marie Curie (1867-1934) physicienne et chimiste polonaise, naturalisée française, découvrent entre 1898 et 1906 d’autres substances ou matières radioactives : le polonium, le thorium et le radium, et gagnent un prix Nobel de physique en 1903. Strassmann Friedrich Wilhelm Strassmann (1902-1980) chimiste allemand et Otto Hahn (1879 1968), chimiste allemand lauréat du prix Nobel de chimie de 1944, montrent en 1938, que le noyau de l’atome d’uranium peut être cassé sous l’impact d’un neutron.  Ce phénomène appelé la réaction de fission est une réaction libérant de l’énergie, utilisée aujourd’hui dans les réacteurs nucléaires. Un seul gramme d’uranium fournit autant d’énergie que trois tonnes de charbon. À la suite de cette découverte fondamentale, l’énergie nucléaire n’a cessé de se développer avec la construction de réacteurs, ceux-ci sont classés en générations, aujourd’hui nous en sommes à la 4ème génération. La première centrale nucléaire du monde est mise en service le 20 décembre 1951. Il s’agit de l’Experimental Breeder Reactor I (EBR-I), construit au laboratoire national de l’Idaho aux États-Unis. Sa puissance est de quelques centaines de watts. La mise en exploitation commerciale de la première centrale nucléaire (9 MW) d’Europe se fait en Angleterre à Calder Hall en 1955.

La science et le progrès technique n’empêchent pas la PANNE D’ÉLECTRICITÉ, qui plongent les populations dans le noir total et bloque le bon fonctionnement de la vie quotidienne, sociale et économique. Malgré des normes de sécurité très strictes, des accidents très graves peuvent se produire. Aussi il est impératif de faire appel à un électricien compétent pour une remise aux NORMES ÉLECTRIQUES DES INSTALLATIONS d’immeubles, maisons ou appartements anciens ou insalubres.

 

Pour en savoir plus, plusieurs musées de l’électricité à visiter

« A la découverte de l’électricité » – Musée des arts et métiers, 60 rue Réaumur 75003 Paris

  • Musée de l’Electricité de Bourgogne – Hippolyte Fontaine, 42 avenue de Stalingrad, 21000 Dijon
  • Musée EDF Electropolis, 55 rue du Pâturage, 68200 Mulhouse
  • Musée de l’électricité à Andorre

Musée de l’électricité (Lisbonne) : Museo electricidad, Lisbonne 1300-598, Portugal