DE L’ÉLECTRICITÉ DE CONTACT

On peut se demander si, dans les piles voltaïques, l’action chimique est la seule cause du dégagement de l’électricité, comme nous l’avons supposé jusqu’ici. Au moment où Yolta imagina la pile, le caractère particulier de cet appareil paraissait être la présence de deux métaux différents ; il admit que le développement de l’électricité était dû au contact de ces deux métaux. A cette époque, on connaissait peu de faits rattachant les phénomènes électriques aux actions chimiques. Fabroni, le premier, avait avancé que, dans la pile de Yolta, l’oxydation du zinc pouvait être la cause du dégagement de l’électricité. Cette opinion, soutenue par plusieurs physiciens, fut combattue par Volta. Elle ne fut reprise que plus tard, et nous avons rappelé plus haut comment les travaux de M. Becquerel auxquels vinrent se joindre ceux de MM. Faraday, de la Rive et Matteucci, constituèrent bientôt une branche nouvelle de la science électrique, l’électro-chimie.

Yolta appuyait son hypothèse sur les expériences suivantes, dans lesquelles il faisait usage de l’électroseope condensateur, imaginé à cette occasion :

1° On prend une lame formée de deux métaux soudés l’un à l’autre, zinc et cuivre par exemple, on tient le zinc à la main, et l’on touche avec le cuivre l’un des plateaux du condensateur, l’autre étant en communication avec le sol : le plateau touché se charge d’électricité négative.

On retourne alors la lame, en tenant le cuivre à la main, et l’on touche l’un des plateaux du condensateur, en interposant entre la lame de zinc et le plateau, qui est en cuivre, une rondelle de drap ou de carton humide; le plateau se charge alors d’électricité positive.

Dans ces expériences, on peut attribuer l’électricité obtenue à l’action chimique qu’exerce sur le zinc soit l’humidité dé la main, soitl ’eau de la rondelle humide. Pour éviter ces objections, Yolta prit deux disques formés de métaux différents, et supportés par des manches isolants, il les appliquait l’un contre l’autre, puis les séparait, et en les approchant d’un électroscope très sensible il observait qu’ils étaient chargés, l’un, d’électricité positive, l’autre, d’électricité négative.

| Cette expérience a été répétée sous une autre forme. On prend pour l’un des plateaux du condensateur, le plateau supérieur par exemple, un plateau en zinc, le plateau inférieur étant en cuivre : la lame isolante entre les deux plateaux peut être soit de l’air, soit une couche très mince de vernis. On réunit

alors métalliquement les deux plateaux avec un conducteur quelconque, tenu par un manche isolant, et en enlevant le plateau supérieur de l’électroscope on trouve que le plateau de cuivre est chargé d’électricité négative. Tout se passe donc comme si le contact métallique de deux métaux différents donnait lieu à un dégagement d’électricité, et l’expérience prouve qu’ils prennent par contact une différence de potentiel.

Mais il n’est pas rigoureusement démontré que la différence de potentiel ne soit pas due à une action chimique. En effet, dans l’expérience précédente, les plateaux sont dans l’air, et dans l’air humide, c’est-à-dire en contact avec l’oxygène, et il est à peine nécessaire de faire remarquer combien certains métaux s’oxydent à l’air.

L’hypothèse d’une charge due à une oxydation des métaux devient encore plus plausible lorsque l’on a égard à la quantité infiniment faible de métal oxydé nécessaire pour expliquer la charge du condensateur.

En se basant sur les déterminations de M. Becquerel, on reconnaît que l’oxydation de 1 milligr. de zinc fournit assez d’électricité pour charger 5000 fois, de manière à avoir chaque fois une étincelle de 1 centimètre, un carreau magique dont les surfaces armées auraient un mètre carré. Pour charger ainsi un condensateur dont les plateaux seraient à la même distance et auraient 1 décimètre carré de surface, il faut une quantité 100 fois moindre. Enfin, pour faire seulement dévier les feuilles d’or d’un électroscope, au lieu d’avoir une étincelle de 1 centimètre, M. de la Rive admet qu’il faut une quantité d’électricité 10000 fois moindre : ce nombre doit être considéré comme une limite supérieure, et comme les plateaux de l’électroseope condensateur dans les expériences citées plus haut sont beaucoup plus rapprochés que la distance qui correspond à l’épaisseur d’un carreau magique, on peut affirmer avec certitude qu’il ne faut pas l’oxydation de 0milli?r-,0000000002, de zinc pour donner lieu aux phénomènes que nous venons de rappeler. Peut-on jamais répondre que cette oxydation n’ait pas lieu ? Remarquons que la différence de potentiel mise en évidence doit être toujours la même, quelle que soit la quantité de zinc altéré, car cette différence de potentiel ne dépend, comme nous l’avons vu, que de la nature des substances qui se combinent et non de la quantité.

Cependant, pour répondre aux objections faites à l’idée de Volta, plusieurs expérimentateurs, dont les premiers ont été MM. Pfaff et Fechner, ont montré quel’on obtenaitles mêmes effets dans le vide et dans des gaz secs. On sait qu’il est impossible de se débarrasser ainsi de toute trace de vapeur d’eau, de manière à éviter la faible oxydation que nous venons d’évaluer. La démonstration du dégagement de l’électricité par le contact seul n’est donc pas encore rigoureuse.

Péclet fit l’expérience suivante : Il forma un condensateur avec deux plateaux, l’un de cuivre, l’autre de zinc, vernis sur toute leur surface et ne communiquant métalliquement avec l’extérieur que par un petit fil de platine qui leur était soudé. On place les plateaux l’un sur l’autre, et il suffit de faire toucher les fils de platine pour charger ceux-ci, l’un, d’électricité négative, l’autre, d’électricité positive,

Excïcr.or. GBUf. 3*

M. de la Rive a fait observer qu’une fissure très petite existant dans la couche de vernis donnerait lieu à l’action chimique suffisante, et en recouvrant le disque de zinc de plusieurs couches de vernis, de manière à éviter tout accès de l’air ou d’humidité, il a constaté que l’expérience ne réussissait plus, et que l’on n’obtenait plus aucune charge électrique ; on pourrait craindre que les couches de vernis aient modifié la sensibilité du condensateur, mais M. de la Rive, en employant une source d’électricité extérieure, reconnut que l’appareil était très sensible, et que ce n’était pas à un défaut de sensibilité du condensateur que l’on pouvait attribuer l’absence de signes électriques.

Cette expérience des plus délicates avait été faite avec grand soin par M. de la Rive, et n’a pas été réfutée jusqu’ici, du moins à ma connaissance.

On cite encore souvent contre l’hypothèse d’une action chimique préalable au développement de l’électricité, une expérience dePeltier qui consiste à répéter l’expérience de Vol ta avec deux métaux réputés inaltérables, le platine et l’or. Un condensateur formé d’un plateau de platine et d’un plateau d’or, se charge spontanément lorsque l’on établit un contact métallique entre les deux disques.

M. Ed. Becquerel a montré que dans ces circonstances les gaz que condensent les métaux peuvent jouer un rôle très important. Dans l’expérience précédente, le platine est négatif et l’or positif. Si l’on substitue à l’or un plateau de zinc, le platine devient positif et le zinc négatif. Pour montrer quelle est l’influence des gaz condensés par le platine, M. Ed. Becquerel a pris deux plateaux condensateurs en platine, vernis seulement sur les faces en regard et ayant séjourné quelque temps dans l’air : si on les fait communiquer entre eux, il n’y a aucune trace d’électricité, puisque les plateaux sont formés du même métal; on enlève alors l’un des plateaux, on le plonge quelques instants dans du gaz hydrogène, puis on le replace sur le premier plateau, et en recommençant l’expérience on trouve une charge très sensible du condensateur : le platine plongé dans l’hydrogène est positif, et le plateau couvert d’oxygène ou d?air est toujours négatif.

M. de la Rive a émis l’opinion que, dans l’action exercée par l’oxygène sur le platine, il y a plutôt une action chimique qu’une simple adhésion physique ; il cite à l’appui de son opinion ce fait, que du platine exposé un grand nombre de fois successivement à l’action de l’oxygène et de l’hydrogène finit par se désagréger à sa surface, ce qui paraît indiquer une alternative d’oxydation et de réduction.

Des expériences toutes récentes de M. Pellat ont montré que les phénomènes de contact varient légèrement avec la pression des gaz qui entourent les métaux, et que l’état des surfaces en Contact, la présenee d’une trace d’un composé métallique ou d’un gaz capable d’attaquer les métaux apporte des altérations profondes dans les résultats obtenus.

Ces expériences montrent combien le phénomène observé par le simple contact peut être complexe. L’action chimique qui suffirait à produire les phénomènes est tellement petite, que l’on ne peut affirmer si elle ne se produit pas : l’action seule de la lumière sur un métal présentant une trace d’oxyde serait capable de donner lieu aux manifestations électriques que nous venons de décrire.

Il résulte donc de cet exposé que dans le groupe particulier des phénomènes cités ici, une action chimique très petite pourrait rendre compte des faits observés ; mais il n’est pas démontré que cette action chimique existe toujours, et que le contact ne puisse donner lieu à des manifestations électriques très faibles; dans l’expérience de Volta tout se passe comme si deux métaux hétérogènes se constituaient en deux états électriques différents, par le fait seul d’un contact métallique établi entre eux. C’est là le principe que Yolta avait posé ; il avait formulé les deux lois suivantes :

1» Lorsque deux métaux sont en contact, ils prennent une différence de tension (potentiel), constante pour les deux mêmes métaux et indépendante de la charge totale que l’on peut donner à l’ensemble du système métallique.

2° Quand deux métaux sont réunis par une chaîne métallique quelconque (dont tous les contacts sont à la même température), ils présentent une différence de tension qui est la même que celle qu’ils prendraient s’ils étaient réunis directement.

Il résulte immédiatement de ce principe, que dans une chaîne métallique fermée, dont tous Ees contacts sont à la même température, la somme des forces électromotrices de contact est nulle et qu’il ne peut y avoir aucun mouvement électrique, comme le vérifie l’expérience. Cette seconde loi de Volta n’exprime autre chose que l’impossibilité du mouvement perpétuel, car, puisqu’il n’y a aucun travail créé ou détruit dans une chaîne métallique fermée, telle que nous l’avons supposée, il ne peut y avoir aucun courant électrique. Le contaet de deux métaux dans l’hypothèse de Volta est donc incapable de produire un courant électrique ; il donnerait lieu seulement à des différences de potentiel sur les divers métaux ; mais, pour obtenir un dégagement quelconque d’électricité, il faut de toute nécessité qu’il y ait un travail mécanique quelconque, soit, dans les cas qui nous occupent, une action chimique.

Quoi qu’il en soit, on peut mesurer les différences de potentiel qui se manifestent lorsque l’on met en contact deux métaux, et employer pour cette mesure diverses méthodes qui reviennent toutes à l’expérience de Volta avec l’électromètre condensateur.

Cette mesure a été effectuée par Volta et depuis par un grand nombre d’expérimentateurs, parmi lesquels nous citerons MM. Pfafî, Péclet, Kohlrausch, Hankel, Gerland, Thomson, Ayrton et Perry, Clifton et tout récemment M. Pellat,

On peut également mesurer les forces électromotrices obtenues au contact des liquides et des solides, ainsi qu’au contact des liquides entre eux ; ce qui revient à mesurer à l’état statique les différences de potentiel dont nous avons donné plus haut la mesure déduite de l’observation des courants électriques auxquels elles donnent naissance.

En cherchant à vérifier les lois de Volta, on trouve que tous les métaux y satisfont, que le contact des liquides et des métaux n’y satisfait pas généralement ; cependant certains liquides dans leur contact satisfont à la seconde loi de Volta, et ce sont précisément ceux qui donnent lieu à des doubles décompositions équivalentes dont la réaction mutuelle ne dégage pas d’électricité.

! On peut ensuite, comme l’a fait M. Kohlrausch, comparer la force électi'omotriee d’une pile à deux liquides avec la somme des forces électro-

4iU ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

motrices de contact des éléments qui composent cette pile; ces forces électromotrices étant déterminées séparément. Cette détermination est assez difficile, car les mesures avec les liquides sont très délicates. On trouve alors des vérifications qui réussissent ou né réussissent pas suivant les liquides et les métaux, bien que généralement, indépendamment de la méthode employée pour effectuer les mesures, la force électromotrice d’un couple doive être égale à la somme des forces électromotrices de contact des éléments qui le constituent, alors même que l’effet 4e contact serait dû à une action chimique préalable ; nous avons vu en effet que la force électromotrice qui en résulterait était indépendante de la quantité d’électricité mise enjeu, et était la même pour le même métal. L’effet observé par le contact simple ne devrait donc pas différer de celui qui se produit lorsque l’action chimique a lieu en plus grande quantité, et la vérification dont nous venons de parler ne peut servir de preuve à l’une des hypothèses plutôt qu’à l’autre.

Si tous les corps de la nature dans leur contact mutuel suivaient la deuxième loi de Volta, il ne pourrait pas y avoir de courant électrique dans une chaîne de conducteurs fermés. Comme on observe un dégagement continu d’électricité dans un pareil système, lorsque l’un des conducteurs est un liquide capable de subir une action chimique, on est conduit à dire, dans la théorie du contact, que le courant a lieu parce que le liquide ne suit pas la seconde loi de Yolta ; il nous semble plus logique de dire que le courant a lieu parce qu’il peut s’effectuer un travail chimique, et cette conclusion nous ramène à la théorie chimique.

Nous avons vu plus haut quel lien intime existait entre les forces électromotrices qui accompagnent les actions chimiques, et le travail moléculaire qui correspond à celle-ci, travail mesuré par les quantités de chaleur mises enjeu dans les réactions. La question qui se pose ici n’est doncpasde décider ce point capital : Quelle est la mesure de l’énergie disponible dans une pile hydroélectrique ? Il n’y a pas de doute possible, il est évident que le travail de la réaction chimique en est l’équivalent. Le point que l’on désirerait pouvoir élucider est de savoir si la cause qui produit la différence de potentiel initiale, est la présence de deux composés altérables, capables de réagir chimiquement, ou, en d’autres termes, la force mystérieuse que nous appelons l’affinité, ou bien si cette différence de potentiel n’est pas un phénomène d’un ordre spécial dû au contact de deux corps, qu’il y ait ou non une action chimique.

On sait, d’une part, que l’affinité est une source de travail, de chaleur, et il semble assez naturel d’admettre que c’est aussi l’origine de la manifestation électrique qui accompagne les phénomènes chimiques.

D’un autre côté, on vient de voir que tout se passe comme si le contact de deux corps donnait lieu à une force électromotrice, alors même qu’il n’y a pas d’action chimique très appréciable. Est-il nécessaire, pour rendre compte des phénomènes, de recourir à une hypothèse particulière, et d’imaginer une nouvelle propriété des corps, le contact ? Nous croyons avoir montré que cette hypothèse n’était pas nécessaire ; cependant elle n’est pas incompatible avec les idées que nous nous faisons du fluide électrique, et il y a lieu d’approfondir la question. Or, il existe un phénomène différent de ceux qui nous ont occupés jusqu’ici et qui peut nous renseigner sur l’existence d’une différence de poten-

BECQUEREL. — ELFXTRO-CHIMIE. 485

tiel entre deux métaux en contact. C’est un fait découvert par Peltier, et qui est pour ainsi dire la réciproque des phénomènes thermo-électriques.

On sait que lorsqu’on chauffe ou l’on refroidit le point de contact de deux métaux faisant partie d’un circuit conducteur fermé, il se produit un courant électrique. Réciproquement lorsque l’on fait passer dans ce circuit un courant électrique, alors que les divers conducteurs s’échauffent régulièrement sous l’influence de, ce courant, on observe au point de contact des deux métaux considérés une élévation ou un abaissement de température anormale, suivant le sens du courant électrique.

M. Ed. Becquerel, le premier, a montré que ce phénomène pouvait se rattacher aux phénomènes thermo-électriques ; il a observé que le sens du courant électrique qui produit un abaissement relatif de température à la jonction de deux métaux, était le même que le sens du courant auquel on donnerait lieu en chauffant le point de contact des deux métaux, et il a fait remarquer que le courant résultant de réchauffement de la soudure dé deux métaux devait tendre à abaisser la température de la soudure : cet abaissement de température compensant Réchauffement dû à la source calorifique, il y aurait à la soudure des deux métaux une absorption de chaleur, et par suite une transformation de cet agent en électricité. Depuis cette époque, M. Thomson a développé ces idées et a été conduit à l’étude d’un phénomène qu’il a appelé transport électrique de la chaleur, sur lequel nous allons revenir.

M. Le Roux, dans un travail très remarquable sur les phénomènes thermoélectriques, sur le phénomène de Peltier et les expériences de M. Thomson, a montré le premier que le phénomène Peltier pouvait servir à mesurer les forces électromotrices de contact entre les métaux hétérogènes, et a posé le principe suivant :

« Lorsque dans un circuit il se produit des absorptions ou des dégagements de chaleur qui sont proportionnels à l’intensité du courant qui parcourt ce circuit, et qui par conséquent changent de signe avec le sens de ce courant, ces effets correspondent propoi’tionnellement à des forces électromotrices favorisées ou vaincues qui ont évidemment pour siège les points où se manifestent ces absorptions ou ces dégagements de chaleur. »

En mesurant les quantités de chaleur mises en jeu dans ces phénomènes, M. Le Roux a montré que l’on pouvait obtenir la valeur de ces forces électromotrices par rapport à la force électromotrice d’un couple à sulfate de cuivre.

M. Le Roux a conclu de cette partie de ses recherches qu’il existe aux jonctions froide et chaude d’un circuit composé de deux métaux des forces électromotrices différentes, variables avec la température. Leur différence correspond au sens du courant thermo-électrique fourni par le couple. Mais il ne s’ensuit pas naturellement que ces forces électromotrices concourent seules à leur production.

Les phénomènes étudiés par M. Thomson impliqueraient dans l’hypothèse de M. Le Roux, l’existence d’autres forces électromotrices. M.Thomson a observé que dans un conducteur dont les diverses parties sont à des températures inégales, un eourant électrique ne produit pas les mêmes effets calorifiques lorsqu’il marche du froid au chaud ou du chaud au froid. Pour fixer les idées, supposons aue le conducteur soit une barre de fer : si cette barre était tout entière

à une température uniforme, chaque point de cette barre serait échauffé par un courant électrique proportionnellement au carré de l’intensité de ce courant ; si l’une des extrémités de la barre est chaude, l’autre étant froide, un point quelconque sera échauffé plus que proportionnellement à l’intensité du courant si celui-ci va de la partie chaude à la partie froide, et au contraire sera moins échauffé si le courant marche en sens inverse. C’est à ce phénomène que M. Thomson avait donné le nom de transport électrique de la chaleur. M. Le Roux a vérifié que l’effet produit était proportionnel à l’intensité du courant électrique, et qu’il conduisait à admettre l’existence des forces électromotrices très faibles, entre des points, d’un même métal à des températures différentes. On peut rapprocher ces effets des phénomènes thermo-électriques observés depuis longtemps par M. Becquerel en appliquant l’une contre l’autre deux portions d’un même fil métallique à' des températures différentes. Il existe donc, entre ces deux parties du même fil une certaine force électromotrice et il semble assez naturel d’admettre qu’il en existe également entre deux points d’une masse métallique à des températures inégales. Ces forces électromotrices particulières ne troublent généralement que très peu le phénomène de Peltier, et M. Le Roux a reconnu que ce phénomène qu’il appelle pour abréger, l’effet Peltier, est en général proportionnel au pouvoir thermoélectrique des corps.

Le phénomène Peltier semble donc propre à déterminer les forces électromotrices de contact des métaux, mais il arrive que les nombres ainsi trouvés n’ont aucun rapport avec ceux qui se déduisent de l’expérience de Volta. Voici, du reste, les nombres qui ont été donnés par M. Le Roux. MM. Edlund et Bellati ont depuis repris ces déterminations et ont retrouvé les mêmes nombres :

FORCES ÉLECTROMOTRICES