CHAPITRE UN

Courants divers

Vous allez lire ces pages car vous avez envie de comprendre l'électricité. Prenez patience nous allons faire un détour par un pays où l'eau abonde. La promenade est très agréable, l'eau murmure en s'écoulant dans un ruisseau. Au bout de quelques centaines de mètres asseyons-nous près de cette motte de terre malencontreusement tombée au bord du ruisselet et qui gêne le passage. L'eau mécontente, bouillonne avant de reprendre sa course. Observez bien, presque tout est là! Je pourrais pratiquement poser la plume maintenant.
Regardez l'endroit où nous avons commencé la promenade, il est situé un peu plus haut puisque nous avons suivi le fil de l'eau. Quand nous étions là-haut, elle avait un potentiel, c'est à dire une puissance dont elle pouvait disposer, elle en a épuisé une partie puisqu'elle est descendue jusqu'ici mais il lui en reste, la plaine est encore loin.
Pour que l'eau coule, pour qu'il y ait un courant, il faut donc une différence de hauteur, c'est à dire une différence de potentiel.

Maintenant, regardez cette motte qui gêne le passage du courant: elle oppose une résistance. Avant celui-ci, l'eau, ralentie, monte un peu, puis passe en babillant plus fort. Si cet obstacle n'était pas là, l'eau coulerait tranquillement, bien lisse, avec un débit plus important. Je résume: une résistance provoque une différence de potentiel et diminue l'intensité du courant. Je vous fait remarquer que tous les mots soulignés font partie du vocabulaire de l'électricien.
Ce paragraphe sera répété tel quel dans le chapitre sur la résistance, il ne s'agit pas d'une erreur d'impression c'est tout simplement parce que je pense qu'il est capital pour la compréhension des phénomènes électriques.
Quittons momentanément les bords de ce ruisseau. Nous allons nous occuper d'autres écoulements. Les principes simples pour ne pas dire simplistes que nous venons d'aborder ne doivent pas être perdus de vue.
Tout d'abord intéressons nous au déplacement d'un gaz dans un tuyau. Pour savoir ce qui se passe, il va falloir faire un voyage dans l'infiniment petit. Gooo!....
Nous voici arrivés au royaume des atomes et des molécules. Il règne dans ce tuyau un sacré bazar. Nous sommes environnés de toutes parts, par des sortes de billes élastiques de formes plus ou moins définies (les molécules) qui se déplacent à toute allure, qui s'entrechoquent, qui rebondissent les une sur les autres et qui frappent la paroi du tube. Ces chocs, par leur action, engendrent ce qu'à l'échelle humaine on appelle la pression. Inutile de vouloir aller à contre sens du déplacement de ces billes, laissons nous donc porter par ce flot tumultueux. On arrive dans des régions où la quantité de molécules est plus faible donc la pression y est également plus faible et bien sûr c'est la raison pour laquelle le gaz se dirige dans cette direction exactement comme l'eau du canal coulait vers des endroits plus bas.

On respire un peu mieux puisque la foule est moins dense. Soudain que se passe-t-il? Nous voilà arrêtés, les molécules continuent d'arriver et nous revoilà tassés les uns contre les autres, la pression remonte et se stabilise: quelqu'un a fermé le bout du tuyau! Puisque c'est bouché, reprenons notre taille normale.
Maintenant il va bien falloir parler d'électricité mais avant il faut dire deux mots des atomes et des molécules en sachant bien que l'idée que l'on va s'en faire est approximative du point de vue strictement scientifique mais suffisante pour comprendre les phénomènes sans faire intervenir les mathématiques. Cette remarque s'appliquera chaque fois que l'on touchera au domaine de l'infiniment petit.
Toute la matière de l'univers est composée d'atomes que l'on peut se représenter, un peu comme un système solaire en miniature. Au centre un noyau minuscule où est concentrée pratiquement toute la masse. Très loin de là, on trouve un nuage d'électrons: particules électrisées comme leur nom l'indique, très légères, tournant et vibrant autour du noyau et réparties sur des couches déterminées. Sur chaque couche ne peuvent coexister qu'un nombre déterminé d'électrons. Sous certaines conditions un électron peut sauter d'une couche à l'autre. Sa charge est dite négative et le noyau a une charge positive qui équilibre celle de l'électron.

Ces atomes se rassemblent pour former des molécules de forme plus ou moins complexe, de masse plus ou moins grande.
L'électricité est connue depuis l'antiquité. Son nom vient d'un mot grec signifiant "ambre" car cette résine fossile frottée a la propriété d'attirer des objets légers. Vous pouvez renouveler cette expérience: en frottant une règle en plastique sur votre manche, vous pourrez attirer des petits bouts de papier. Comment la règle s'est-elle électrisée? En la frottant vous avez arraché des électrons d'un côté et en avez amoncelé de l'autre.
Venons en au fait: comment se représenter un courant électrique?
Où circule-t-il? Dans un fil métallique car les atomes des métaux ont leurs électrons des couches extérieures très mobiles et l'on peut parler de véritable "gaz d'électrons". Le fil se comporte donc comme un tuyau contenant un gaz.

Trajet d'un électron prenant la place d'un autre et le repoussant.

 

A une extrémité arrivent les électrons qui se pressent, se bousculent, repoussent ceux qui sont devant eux, traversent tout le câble, attirés par la différence de hauteur, heu! pardon, la différence de pression, heu! repardon, la différence de potentiel qui règne entre les deux extrémités du fil. Rappelez-vous, quand nous étions dans le tuyau de gaz, un sournois avait bouché le bout. Si maintenant le même plaisantin coupe le fil, un phénomène analogue va se produire: le courant va s'arrêter mais d'un côté, les électrons vont s'accumuler tandis que de l'autre ils vont se raréfier, attirés qu'ils seront par la charge positive qui règne de ce côté. Il n'y a plus aucun débit et la différence de potentiel entre les deux extrémités de la coupure est la même que celle qu'il y avait entre l'entrée et la sortie du fil. Il suffit que les deux morceaux se touchent pour que le courant reprenne, les couches extérieures des atomes étant en contact, les électrons peuvent passer.
Reparlons-en un peu de ces charges: l'électron a une charge baptisée "négative" car il a une certaine quantité d'électricité et dans le noyau de l'atome, le proton auquel il manque la même quantité d'électricité, a une charge baptisée "positive" (le neutron vit aussi dans le noyau et comme son nom l'indique, il est neutre et n'a aucune charge). Tout comme les aimants qui ont deux pôles, un nord et un sud; les pôles de même nom se repoussent et les pôles de nom contraire s'attirent, les charges de même nom se repoussent aussi et les positives attirent les négatives.
Je sens que vous allez me dire: on est bien avancé, tout ça c'est plutôt du vocabulaire que des explications et je ne saurais vous en blâmer car se représenter la nature ultime de l'électricité! bonjour! Peut-être faut-il en revenir aux origines et à notre ambre, enfin à notre règle en plastique frottée sur le pull-over, faites-le, faites danser des petits bouts de papier, regardez, c'est ça l'électricité, c'est la cause de la force qui les attire.

 

 

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