L’électricité est une énergie incontournable, présente partout autour de nous. Elle illumine nos foyers et nos rues la nuit grâce aux lumières et aux lampes. Sans elle, aucun de nos appareils, qu’il s’agisse de téléphones portables, d’ordinateurs ou de téléviseurs, ne pourrait fonctionner. Même au travail, qu’il soit de nature productive ou de services, il est difficile d’accomplir nos tâches sans recourir à cette énergie, produite dans des centrales électriques et acheminée via des réseaux complexes vers les maisons, bâtiments et usines. Et même si, pour une raison quelconque, vous décidez de vous en éloigner, vous la trouverez toujours dans la nature sous forme d’éclairs pendant les tempêtes orageuses, ou dans les synapses nerveuses de nos corps. Ainsi, on peut dire que l’électricité est omniprésente, et sans elle, il serait extrêmement difficile pour la vie moderne de continuer. Si les anciennes civilisations ont prospéré grâce aux rivières et à l’agriculture, les civilisations modernes dépendent grandement de cette énergie pour leur développement.

Histoire de l’électricité

Bien avant l’acquisition d’une quelconque connaissance sur l’électricité, les gens étaient conscients des décharges provoquées par les poissons électriques. Les textes de l’Égypte ancienne, datant de 2750 avant J.-C., mentionnent ces poissons appelés « tonnerre du Nil », décrits comme les protecteurs des autres poissons. Les scientifiques et médecins grecs, romains et arabes anciens ont également discuté de ces poissons, qui étaient même utilisés pour traiter des maladies comme la goutte ou les maux de tête. Les civilisations anciennes de la Méditerranée connaissaient aussi des phénomènes comme l’ambre qui, lorsqu’il était frotté avec la fourrure d’un chat, attirait des objets légers comme des plumes.

Pendant des siècles, l’électricité est restée un simple phénomène de curiosité, jusqu’en 1600 lorsque le scientifique anglais William Gilbert réalisa des études approfondies sur l’électricité et le magnétisme. Plus tard, au XVIIIe siècle, Benjamin Franklin mena des recherches intensives sur l’électricité. En juin 1752, il réalisa une expérience célèbre en attachant une clé métallique à un cerf-volant sous un ciel orageux. Lorsque des étincelles apparurent entre la clé et sa main, il comprit que la foudre avait une nature électrique.

En 1775, Hugh Williamson rapporta une série d’expériences sur les chocs électriques causés par des anguilles électriques. Le même an, John Hunter, chirurgien et anatomiste, décrivit la structure des organes électriques des poissons. En 1791, Luigi Galvani publia sa découverte de l’électromagnétisme biologique, expliquant que l’électricité était le moyen par lequel les cellules nerveuses transmettaient des signaux aux muscles.

En 1800, Alessandro Volta inventa une batterie composée de couches alternées de zinc et de cuivre, fournissant aux scientifiques une source d’énergie plus fiable que les machines électrostatiques utilisées auparavant. Des termes comme électromagnétisme furent ensuite développés par Hans Christian Ørsted et André-Marie Ampère entre 1819 et 1820. Michael Faraday inventa le moteur électrique en 1821, et Georg Ohm analysa mathématiquement le circuit électrique en 1827. Finalement, James Clerk Maxwell relia l’électricité, le magnétisme et la lumière dans son ouvrage « Sur les lignes de force physiques » en 1861-1862.

Vers la fin du XIXe siècle, de grands progrès furent réalisés dans le domaine de l’ingénierie électrique grâce à des figures comme Alexander Graham Bell, Otto Blathy, Thomas Edison, William Thomson (Baron Kelvin) et Nikola Tesla. L’électricité passa d’une simple curiosité scientifique à un outil indispensable de la vie moderne. En 1905, Albert Einstein publia un article sur l’effet photoélectrique, ce qui conduisit à la révolution quantique et lui valut le prix Nobel de physique en 1921 pour la découverte de la loi de l’effet photoélectrique. Ce phénomène est maintenant appliqué dans les cellules photovoltaïques utilisées dans les panneaux solaires pour produire de l’électricité commercialement.

Comment l’électricité est-elle générée et transmise ?

L’électricité est définie comme le flux de charge électrique. Pour comprendre ses principes de base, il est nécessaire de se concentrer sur les atomes, qui sont l’une des composantes fondamentales de la vie. Les atomes existent sous différentes formes en tant qu’éléments chimiques tels que l’hydrogène, le carbone, l’oxygène et le cuivre. Les atomes peuvent se combiner pour former des molécules qui constituent la matière que nous pouvons voir et toucher. Même les atomes, bien qu’invisibles à l’œil nu, sont composés de protons et de neutrons dans leur noyau, et d’électrons qui orbitent autour de ce noyau. Les électrons jouent un rôle crucial dans la génération d’électricité. Lorsqu’une force externe suffisamment forte agit sur un électron de valence (l’électron dans la couche externe d’un atome), cet électron peut être libéré de son orbite et devenir libre, transportant avec lui une charge. Ce processus constitue la base de l’électricité.

Les électrons et les protons portent respectivement des charges négatives et positives. Ces charges exercent une force électrostatique les unes sur les autres. Si deux charges de même nature se rencontrent, elles se repoussent, tandis que des charges opposées s’attirent. En utilisant ce principe, l’électricité peut être générée et contrôlée à l’aide de circuits.

L’électricité statique et continue

Électricité statique

L’électricité statique se produit lorsqu’il y a une accumulation de charges opposées sur des objets séparés par un isolant. Lorsqu’elles trouvent un chemin pour se rejoindre, un déchargement statique se produit, libérant de l’énergie sous forme d’étincelles. Un exemple classique de ce phénomène est la foudre pendant un orage. L’électricité statique peut également se produire au quotidien, comme lorsque vous frottez un ballon sur vos cheveux pour les faire se dresser ou lorsque vous marchez sur un tapis en portant des chaussettes et que vous touchez un objet métallique, provoquant une petite décharge électrique.

Bien que l’électricité statique soit généralement inoffensive, elle peut être dangereuse dans certains cas, surtout dans des environnements sensibles aux décharges électrostatiques. Pour éviter cela, des mesures de protection, comme les bracelets ESD (décharge électrostatique), sont souvent utilisées.

Électricité continue

L’électricité continue, ou courant continu (DC), est ce qui alimente nos appareils électroniques et électroménagers. Contrairement à l’électricité statique, où les charges restent immobiles, le courant continu implique un flux constant de charges à travers un circuit fermé. Pour qu’un circuit fonctionne correctement, il ne doit pas comporter de lacunes qui empêcheraient le courant de circuler.

Le champ électrique

Le concept de champ électrique a été introduit par Michael Faraday. Un champ est une zone dans laquelle une force peut agir sur un objet sans qu’il y ait de contact direct. Par exemple, le champ gravitationnel de la Terre nous attire vers le sol. De la même manière, un champ électrique exerce une force sur les objets chargés à l’intérieur de celui-ci, ce qui permet de générer un flux d’électrons, c’est-à-dire un courant électrique.

L’énergie électrique

Lorsque nous utilisons de l’électricité pour alimenter nos appareils, nous convertissons l’énergie électrique en d’autres formes d’énergie, telles que la chaleur, la lumière ou le mouvement. L’énergie stockée dans un circuit électrique est appelée énergie potentielle électrique. Elle peut être transformée en énergie cinétique, permettant aux charges électriques d’accomplir un travail.

Le potentiel électrique

Le potentiel électrique, ou tension, est la différence de potentiel entre deux points dans un champ électrique. Il représente la capacité du champ à déplacer des charges, et il est mesuré en volts (V).

Le circuit électrique

Un circuit électrique est un ensemble de composants connectés de manière à permettre le flux de charges électriques. Ces composants peuvent inclure des résistances, des condensateurs, des interrupteurs et des transformateurs. Un circuit fermé, sans lacune, permet au courant de circuler efficacement. L’un des éléments essentiels des circuits est la résistance, qui limite le flux de courant et dissipe l’énergie sous forme de chaleur.