CHAPITRE VIII

Théorie de la pile. — Tliéorie de Voila sur le développement de l’électricité par le contact et la force électromotrice. — Objections à cette théorie. — Réflexions critiques de Gautherot. — Wollaston, Ritler,etc.— Théorie chimique de la pilen>osée et développée par Parrot. — Défenseurs de la théorie du contact : Pfalf, Marianini, Ohm, Fechner, etc. — Expériences de M. de La Rive en faveur de la théorie électro-chimique. — Travaux de Faraday et constitution définitive de la théorie chimique de la pile.

Quand on considère le nombre et l’immense variété de faits qui sont aujourd’hui acquis à la physique, touchant la pile de Volta, on s’étonne de l’impuissance dans laquelle on est si longtemps resté pour expliquer les effets de cet appareil. La pile voltaïque est connue et maniée depuis plus de soixante ans, et c’est depuis vingt ans à peine que l’on a pu en donner une théorie rigoureuse. Encore faut-il se hâter de dire que l’explication aujourd’hui généralement adoptée donne prise à plusieurs objections de détails, néglige certains faits, de telle sorte qu’il est peu probable qu’elle se • maintienne intégralement dans l’avenir telle qu’on la formule aujourd’hui. C’est le tableau des opinions diverses qui ont été successivement émises, depuis Volta jusqu’à nos jours, pour expliquer théoriquement les effets de l’apparei électromoteur, qu’il nous reste à tracer pour terminer cotte Notice.

Nous commencerons par exposer la théorie de Volta, telle qu’elle a été conçue par son auteur, et surtout par les divers physiciens qui l’ont adoptée et défendue après lui.

Le développement d’électricité qui s’observe dans un assemblage de corps conducteurs métalliques mis en présence

LA PILE DE VOLTA

d’un conducteur liquide, a pour cause unique, selon Volta, le contact des substances hétérogènes. Toutes les fois que deux substances de nature différente sont mises en contact, il se développe une force particulière à laquelle le créateur de la pile donna le nom de force électromotrice. Sous l’influence de cette force, l’un de ces corps se charge d’électricité posi-, tive, l’autre d’électricité négative.

La force électromotrice qui a provoqué la formation des deux électricités sur le couple métallique a encore la propriété d’empêcher les deux électricités rendues libres de se recombiner à la surface des métaux en contact, pour constituer le fluide naturel.

L’action de cette force s’exerce d’une manière instantanée, mais son intensité et le sens dans lequel elle agit dé- |)cndent de la nature des corps mis eu présence. La quantité d’électricité produite par la force électromotrice sur un métal donné peut donc varier selon la nature du métal qu’on lui associe.

Selon Volta, les métaux ne sont pas les seuls corps qui puissent devenir le siège d’une force électromotrice. Tous les corps conducteurs de l’électiMcité sont dans le même cas, il suffit de mettre en contact deux substances de nature hétérogène pour que la force électromotrice se développe à leur surface de séparation, et qu’elles se chargent chacune d’une électricité oj»posée (1).

(1) Volta avait divisé en deux grandes classes tous les corps conducteurs, sous le rapport de l’intensité des elfels que peut y développer la force électromotrice. La première classe, corps conducteurs parfaits e'ieciromoteurs, comprenait tous les métaux et le charbon calciné. La deuxième classe, corps conducteurs imparfaits électromoteurs, comprenait les liquides tels que l’eau pure, les dissolutions acides, alcalines, salines, etc. D’après Volta, la force électromotrice développée à la surface de contact de deux corps de la seconde classe, ou d'un corps de la seconde classe et d’un métal, est extrêmement faible. Cette force est négligeable par rapport à celle qui prend naissance au contact de deux corps appartenant à la première classe.

4 08 DÉCOÜVERTtS SCIENTIFIQUES.

D’après cela, si l’on prend une lame métallique formée d’un morceau de zinc et d’un morceau de cuivre soudes, qu’on la courbe sous forme d’arc, et que l’on plonge ses deux extrémités dans de l’eau acidulée par de l’acide sulfurique, voici ce qui doit se passer scion les principes de\ olta.

. L’arc métallique plongé dans le liquide acide étant formé

de deux rnélaux réunis, la force électromotrice prend naissance à leur surface de séparation. La lame de zinc reçoit l’électricité positive , la lame de cuivre l’électricité négative. Mais les extrémités de la lame métallique hétérogène plongent dans un liquide conducteur et imparfait éleclromoteur. En raison de sa conductibilité, ce liquide établit une communication entre les deux extrémités de l’arc métallique ; par conséquent, l’électricité positive du zinc et l’électricité négative du cuivre se recombinent à travers le liquide et forment du fluide naturel. A mesure que les deux électricités opposées se recombinent au sein du liquide, la force électromotrice, continuant de s’exercer au contact des métaux, en reproduit sans cesse de nouvelles quantités, de telle sorte qu’il existe dans ce couple métallique un courant continuel d’électricité, dirigé du cuivre au zinc dans la lame métallique, et du zinc au cuivre à travers le liquide.

Ainsi, dans la théorie de Yolta, le couple électrique se réduisait à l’assemblage de deux métaux mis en contact. Le liquide dans lequel l’arc métallique était plongé ne remplissait d’autre office que celui de conducteur ; c’était seulement un moyen d’établir la communication entre les deux éléments du couple métallique, et de permettre la circulation, sous foiTue de courant, de l’électricité engendrée par la force électromotrice.

LA PILE DE VOLTA

Mais le courant d’électricité émané d’un couple métallique avait nécessairement peu d’intensité. En réunissant une série de couples semblables séparés par un conducteur humide, c’est-à-dire en composant l’assemblage de couples métalliques et de corps conducteurs qui composent la pile à colonne, Voila augmentait l’intensité électrique proportionnellement au nombre des couples employés.

Pour démontrer le fait du développement de l’électricité par le simple contact de deux corps, Volta faisait cette expérience fondamentale, dont nous avons déjà parlé bien des fois et qu’il importe de décrire ici avec plus de détail.

Il prenait une lige métallique CZ, composée de deux morceaux de cuivre et de zinc, soudés, et la tenant entre les doigts par l’extrémité zinc, il appliquait l’extrémité cuivre sur le plateau supérieur d’un électroscope condensateur à feuilles d’or, dont les deux plateaux étaient de cuivre. En même temps, comme on le fait quand on veut, à l’aide de

cet instrument, constater la présence de réleclricité dans un corps isolé, il faisait communiquer le plateau inférieur avec le sol, en le touchant avec le doigt de l’autre main. Après ce très-court contact, il soulevait le plateau supérieur par son manche isolant, et l’on voyait aussitôt les feuilles d’or de l’électroscope diverger par suite do la présence de l’électricité qui leur était communiquée par le plateau inférieur.

Telle est l’expérience capitale, et si souvent reproduite dans les cours de physique, qui sert à démontrer le fait de la présence et du développement de l’électricité dans toute lame formée de deux métaux hétérogènes.

La théorie du contact, que nous venons de formuler, soulève des objections telles qu’il est impossible de l’admettre.

Etablir l’existence d’une force qui prend naissance par le simple contact de deux corps, et qui se renouvelle sans cesse, revient à admettre le mouvement perpétuel. En effet, d’après le principe de Volta, un même couple métallique et un même liquide conducteur donnent incessamment naissance à un couraqt électrique invariable et continu. Une fois établi, ce phénomène doit persister sans aucune interruption, puisque tout demeure constant dans ses conditions productrices, savoir, la force élcctromotricc; qui est constante et immuable, et la conductibilité du liquide, qui est toujours la même. Un couple voltaïque nous montrerait donc en action le mouvement perpétuel.

La théorie du contact ne tient aucun compte des phénomènes chimiques qui se passent pendant la marche de la pile : la dissolution du zinc dans l’acide employé, la formation du sulfate de zinc, quand on fait usage d’acide sulfurique ; et Je dégagement d’hydrogène par suite de la décomposition de l’eau, etc.

Elle ne tient nul compte de la proportionnalité, facile à

LA PILE DE VOLTA

constater par l’expérience, <jui existe entre l’intensité des effets électriques de la pile et le degré d’énergie cliiinique ou de eoneentration de l’acide employé à mettre cet instrument en aetion.

Quant à l’expérience fondamentale de Volta, que nous avons rapportée, il suffit, pour en détruire toute la valeur, de montrer que le dégagement d’électricité que l’électroscope accuse, dans cette cireonstance, provient uniquement de l’action chimique qui s’exerce entre le doigt de l’observateur, toujours imprégné d’un liquide on d’une sueur acide, et le zinc, métal si oxydable. En effet, le véritable moyen d’assurer le succès de cette expérienee, c'est d’opérer avec le doigt préalablement mouillé. Si au lieu de tenir la tige métallique avec le doigt, on la tient à l’aide d’une pince de bois sec; si au lieu de saisir la lame hétérogène par l’extrémité zinc, on la tient par le côté cuivre, métal moins oxydable que le zinc; enfin, si au lieu d’opérer en présence de l’air, on fait cette expérience dans le vide, ou dans un gaz autre que l’oxygène, tel que l’acide carbonique ou l’azote, dans ces divei*s cas l’électroscope n’accuse plus la présence de l’électricité. Ainsi cette expérience de Volta n’était en réalité qu’un fait mal observé. Exécutée dans des conditions rigoureuses, elle prouve le fait contraire, c’est-à-dire l'absence de toute électricité dans une lame formée de deux métaux hétérogènes.

Ces objections contre la théorie du développement de l’électricité par le contact sont si justes, si naturelles, qu’elles furent formulées dès les premiers temps où Volta donna connaissance de son hypothèse. C’est le 16 brumaire an IX, que Volta lisait à l’Institut le mémoire consacré à l’exposé de sa théorie. Déjà le 12 du même mois, Gautherot, savant bien oublié aujourd’hui et dont la génération scientifique actuelle ignore jusqu’au nom, avait présenté à la Société philotechni-

que de Paris une réfutation de cette théorie, qui fut publiée dans un recueil scientifique de cette époque (1). Nous allons donner une idée des critiques que Gautherot opposa dès cette époque aux idées du physicien d’Italie.

Nous avons vu, .en parlant des premiers travaux relatifs au galvanisme, que dès l’apparition des expériences de Galvani relatives.à l’arc métallique excitateur, il s’était rencontré un observateur de génie, le Florentin Fabroni, qui, par une vue vraiment supérieure, avait rapporté à l’action chimique la cause de ces phénomènes. L’explication théorique des effets de la pile était à peine foraiulée par Volta, qu’un autre observateur, Gautherot, se présentait, en France, pour donner de ces nouveaux faits une interprétation semblable.

Gautherot, pour expliquer les phénomènes chimiipies de la pile de Volta, partait des mêmes considérations qui avaient guidé Fabroni dans son explication chimique des effets provoqués par l’arc de Galvani, et il suivait le même ordre de succession dans la série de ses considérations théoriques. Il admettait, à l’instardeFabroni, quedeux métaux hétérogènes, étant mis en contact, avaient une tendance naturelle à se combiner, en raison de leur affinité réciproque ; — que cette tendance à une combinaison chimique avait poiu- résultat de diminuer la force de cohésion ; — que cet affaiblissement dans l’intensité de la cohésion permettait au métal le plus oxydable du couple de se combiner plus aisément avec l’oxygène de l’air ou de l’eau ; — que de là résultait l’oxydation du métal par l’oxygène atmosphérique, si l’on opérait dans l’air; ou bien, comme c’était le cas le plus général, si l’on opérait dans de l’eau acidulée, il y avait décomposition de l’eau, dégagement de gaz hydrogène et oxydation du métal qui entrait en dissolution dans l’acide. Jusque-là, comme on le voit, il y avait identité entre la théorie de Fa-

(I) Mémoires des sociétés savantes et littéraires de la république franrnise, t. I, pl. 47 1 . i

LA PILE DE VOLTÂ

hroni et celle de Gautherot ; mais ce dernier la complétait victorieusement par l’addition d’un terme des plus importants que Fabroni avait négligé, ou pour parler plus exactement, qu’il avait nié d’une manière formelle, et qui avait frappé de stérilité sa belle conception. Gautherot admettait donc que, par suite des changements de forme physique survenus parmi les corps réagissants, il y avait production d’électricité ; que le fluide électrique prenait la forme d’un courant et devenait une force (I).

Voici à peu près le résumé de son travail lu à la Société philotechnique :

« L’état actuel de nos connaissances, dans les phénomènes de la pile de Volta, ne nous permet pas encore, disait Gautherot, de distinguer le phénomène principal, qui explique et subordonne les autres, de ceux de l’électricité, qui ne paraissent ici que comme secondaires. L’électricité y eut excitée et mise en jeu; mais elle y est subo7'donnée. L’oxydation des métaux se présente au contraire comme un phénomène de premier ordre. Leur attouchement semble augmenter leur affinité pour l’oxygène; et l’eau, dont la présence est indispensable dans ce cas pour rendre sensibles les phénomènes du galvanisme, semble prouver, par sa prompte décomposition, cette affinité plus grande de l’oxygène pour les substances métalliques que pour l’hydrogène. »

Tandis qu’en France la théorie du contact était de cette manière attaquée dans ses bases mêmes, elle était combattue en Angleterre par Wollaston. Dans un mémoire qui fut publié en 1801, mais qui ne fut connu sur le continent que quelques années après, ce grand physicien tentait de substituer la théorie chimique à celle du contact. Seulement, Wollaston allait trop loin en avançant qu’une manifestation quelconque d’électricité a toujours une origine chimique, et

(1) Gautherot, Recherches sur les causes qui développent l'électriciié dans les appareils galvaniques (Journal de physique, t. LVI, p. 429).

que le développement de l’électricité par le frottement no reconnaît point d’autre cause.

Wollaston fondait son opinion sur divers résultats d’expériences. Il avait répété l’expérience fondamentale de Volta, qui consiste à montrer le dégagement de l’électricité par le simple contact de deux métaux isolés au moyen du condensateur. Or, en opérant avec les doigts bien secs, et mieux, avec une tige conductrice de bois ou d’une autre matière, tenue dans la main et servant à toucher le plateau du condensateur, Wollaston avait constaté l’absence de tout dégagement d’électricité (I). Aussi déclarait-il que la théorie du contact était inadmissible à tous les égards.

Le physicien Haldanne partagea les opinions de Gautherot et de Wollaston.

Parmi les adversaires que la théorie chimique de la pile trouva en Angleterre, nous pouvons citer Priestley, dont l’opinion est assez curieuse à connaître. Priestley rapportait au phlogistique les eflèts de la pile. Selon lui, le zinc du couple voltaïque perdait son phlogistique, tandis que l’argent ou l’élément négatif le conservait. Cette explication n’était rien autre chose, comme on le voit, que la théorie de l’oxydation exposée dans les idées et avec le langage du temps. Le docteur Bostock, de Londres, présentait à peu près à la même époque des idées du même genre, dans une Histoire du galvanisme , qui ne se compose que de courtes, citations d’ouvrages publiés sur ce sujet. Un autre physicien anglais, Wilkinson, défendit également la théorie chimique de la pile.

En Allemagne, Ritter fut le premier à embrasser la théorie de l’oxydation. Louis d’Arnim chercha à confirmer ces idées par l’expérience. Il voulait rattacher l’action de la pile à

(l") Hjde Wollaston, Experimenfs on lhe Chemical production and agency of Electricity {Nicholson’s philosophical Journal^ vol. V, p. 333. 1801, décember).

LA PILE DE VOLT A

celle de la machine électrique, et, conformément aux idées de Wollaston, il essaya de prouver que, pendant le frottement du plateau de verre de la machine électrique contre les coussins revêtus d’un amalgame d’étain, il se produit un phénomène d’oxydation. Bucholz, savant pharmacien d’Erfurth, pour prouver que la production de l’électricité dans la pile provenait de l’oxydation de l’un des métaux du couple, chercha à comparer la somme d’électricité produite aux quantités d’oxygène qui entraient en combinaison avec l’un des métaux. L’appareil connu sous le nom de chaîne de Bucholz^ et dans lequel la dissolution d’un sel métallique sert de conducteur à la pile, fut imaginé à propos de ces discussions. Ajoutons enOn, pour terminer la liste des physiciens allemands qui professaient alors les théories chimiques, que le docteur Heimaud de Vienne chercha aussi à prouver, par l’expéiienee, que l’oxydation était la seule source d’électricité dans l’appareil électromoteur de Volta.

Mais de tous les savants de l’Europe celui qui développa la théorie chimique de la pile avec le plus de puissance et de talent, ce fut Parrot, physicien russe, professeur à Dorpat. Parrot exposa la théorie chimique de la pile avec une telle supériorité et une si grande force de raisonnement, qu’il mérite d’être considéré comme le fondateur de cette théorie. C’est en 1801 qu’il commença à faire connaître ses idées sur cette matière ; il les développa ensuite dans divers mémoires publiés en Allemagne, et plus tard dans son ouvrage ; Abrégé de physique théorique (1). Parrot s’élait pro-

(I) Le premier travail de Parrot sur la théorie de la pile est un mémoire de concours qui fut couronné en i8ül par la Société batave des sciences de Ilaarlem. 11 les reproduisit à’ diverses reprises dans les mémoires suivants, insérés dans les Annales de physique de Gilbert (en allemand). Voyez :

Esquisse d’une nouvelle théorie de l’électricité galvanique, cl sur la décomposition de l'eau opérée par l’électricité, t. XII, p. 4a (i802).

Sur les moyens de mesurer l'électricité, t. LXI, p. 253.

posé, suivant ses propres expressions, «d’instruire de toutes pièces le procès du physicien de Pavie ; » et l’on va voir qu’il était difficile de composer un plus redoutable réquisitoire.

Parrot commence par s’attaquer à l’expérience fondamentale de Volta, qui consiste, comme nous l’avons dit plusieurs fois, à montrer que deux métaux isolés mis en contact, étant brusquement séparés, et l’un d’eux étant porté sur le plateau du condensateur, cet instrument accuse une manifestation d’électricité, appréciable par l’écartement des feuilles d’or. En rapprochant toutes les observations publiées à propos de ces expériences, et invoquant surtout celles de Wollaston, rapportées plus haut, Parrot fait voir que les résultats ont toujours été absolument nuis toutes les fois que l’on a su éviter les véritables causes électromotrices, c’està-dire l’action chimique que développe le doigt mouillé ou sec venant à toucher un métal aussi oxydable que le zinc, comme aussi la pression, la friction, l’élévation de température, que détermine dans cette circonstance le contact du doigt avec le plateau du condensateur.

- Généralisant ensuite le fait, le physicien russe prouvait que le contact des métaux hétérogènes, loin d’êti'c une cause de production d’électricité, retardait, au contraire, le mouvement du fluide électrique, de telle sorte que l’on pouvait isoler ou immobiliser àc petites quantités de ce fluide, en lui faisant traverser un certain nombre de couples métalliques hétérogènes. Pour prouver que l’hétérogénéité était bien une cause de diminution du pouvoir conducteur, Parrot démontrait par l’expérience que la même quantité de fluide électrique, qui ne pouvait se transporter à travers un conduo-

Sur les déviations dans l'éleciromètre, t. LXI, p. 2G7.

Sur les effets du condensateur, t. LXI, p. 280.

Sur la théorie de Volta relative à l’électricité galvanique, t. LXI.

Enfin, il les a rappelées de nouveau dans une « Lettre adressée à MM. les rédacteurs des Annal, de chim. et de phys., sur les phénomènes voltaïques. » (Annal, de chim. et de phys., t. XLII, p. 45.)

leur formé d’un certain nombre de métaux hétérogènes, se transmettait parfaitement à travers un conducteur formé du même nombre de fragments d’un même métal.

Après avoir détruit de cette manière les fondements de la théorie du contact, Parrot l’attaquait dans ses applications. Selon Volta, la suiface des couples de la pile n’exerce au- <mne influence sur la quantité d’électricité produite, qui n’est proportionnelle qu’au nombre des couples de l’appareil. Parrot établissait, au contraire, ce fait bien vulgaire aujourd’hui, que l’intensité des eficts de la pile augmente avec la surface, et non avec le nombre des couples.

Volta avait posé en principe que la puissance de son apl>areil électromoteur devait s’accroître indéfiniment selon le nombre des couples métalliques, parce que chaque couple ajouté fournissait une nouvelle quantité d’électricié, qui venait se joindre à la somme déjà produite. Parrot, au contraire, prouvait que l’interposition d’un couple produit une déperdition énorme de force électrique, et que la quantité de fluide qui prend naissance dans cet appareil est indépendante du nombre des couples employés. Enfin, Volta qui s’obstinait à ne voir, dans le liquide acide employé pour mettre son appareil en action, qu’un conducteur pur et simple, regardait comme une nécessité fâcheuse l’obligation de faire usage d’un liquide acide. Il avait toujours appelé de tous ses vœux la découverte d’un conducteur solide, qui ne fût pas électromoteur par lui-méme, qui n’exerçât aucune influence chimique ni sur l’un ni sur l’autre des deux conducteurs parfaits, et qui pût servir dès lors comme un agent plus commode et plus efficace de transmission du fluide entre les couples de sa pile. Malgré tous ses efforts, Volta n’avait jamais pu combler ce desideratum de sa théorie. Les piles sèc^hes qui furent construites, en 1803, par Hachette et Desormes, et en 1 809 par Deluc, paraissaient pourtant satisfaire à ce besoin ou à cette confirmation de l’hypothèse

de Volta, puisqu’elles se composentuniquementd’un assemblage de corps solides. Elles n’avaient même été imaginées que pour fortifier sur. ce point la théorie de Volta. Mais ' Parrot répondit ; « qu’une pile séchée au poêle ou à l’étuve pouvait être sèche au dire d’une blanchisseuse, mais non aux sens d’un physicien. » Ensuite, procédant à des expériences directes, il plaça une pile de Zamboni sous une cloche de verre ; il dessécha l’air renfermé au moyen de la chaux caustique, et trouva que, lorsque l’hygromètre à fil de soie marquait 22”, lapile de Zamboni ne communiquait aucune électricité au plateau condensateur de l’électromètre à feuilles d’or, bien que le contact fût prolongé pendant plusieurs minutes ; — que l’effet électrique devenait de plus en j)lus sensible à mesure que l’air se chargeait davantage de vapeur d’eau, et qu’il atteignait son maximum dans une atmosphère saturée d’humidité. Enfin, il évalua approximativement la quantité d’électricité fournie pendant un temps donné par une pile de Zamboni et une pile à colonne, et il trouva que cette quantité était proportionnelle à la quantité d’oxygène que chaque couple enlève, dans un temps donné, à l’air ou à l’eau.

On s’explique avec peine comment des idées aussi frappantes, aussi nettement formulées, qui s’appuyaient presque toutes sur l’expérience, produisirent si peu d’impression chez les physiciens. Il est certain pourtant que les travaux de Parrot ne furent pris qu’en médiocre considération. Les grandes vérités qu’il mettait en lumière parurent presque aussitôt obscurcies par les résultats qu’invoquèrent à cette époque les nombreux partisans que la théorie de Voila avait trouvés en Allemagne et en France.

Le défenseur le plus actif et le plus habile de la doctrine du physicien de Pavie fut le chimiste Pfaff, professeur à Kiel qui, par des publications répétées, sut maintenir la faveur du monde savant aux idées de Volta.

LA PILE DE TOLTA

En France, M. Biot, dans un travail présenté en 1803 à l’Institut national, avait essayé de confirmer la valeur des mêmes idées. Il s’était efforcé d’expliquer les anomalies physiques de l’électromoteur de Volta par des différences de conductibilité dans les métaux du couple ; aussi afïirmait-il que la quantité d’électricité due à l’action chimique était assez faible pour être négligée en présence des effets électriques dus au contact des métaux.

J. B. Behrends, Hildebrant et le professeur Gilbert de Leipzig, appuyèrent ensuite, par des expériences dont les résultats étaient très-originaux, la doctrine de la force électromotrice.

Déjà puissamment étayée en Allemagne par les recherches des physiciens, la théorie de Volfa reçut bientôt une confirmation qui parut éclatante, dans les travaux de l’illustre mathématicien Ohm, qui, en 1820, donna à la science l’électricité une base mathématique directement assise sur la théorie de Volta. Les déterminations numériques de Ohm, déduites d’expériences électro-magnétiques, établirent les lois de l’action de la pile d’une manière si rigoureuse et si complète, que l’on dut penser dès lors que la théorie de la force électromotrice ne devait plus rencontrer aucun argument sérieux.

Voici les lois générales posées par Ohm et qui résument tous ses travaux. Il importe d’en consigner ici le texte, car elles embrassent dans leur généralité tous les phénomènes de la pile.

Bans un couple voltaïque quelconque, les forces électromotrices sont proportionnelles aux tensions électrostatiques.

2 ® La force électromotrice de couples mis en série est proportionnelle au nombre des couples et indépendante de leur étendue ; l’intensité, au contraire, est indépendante du nombre des couples mis en série, 7nais elle croît en raison directe de leur étendue.

3 ® L’inlensité d’un couple oic d’une pile quelconque est propor-

tionnelle aux forces électromotrices, et en raison inverse des résistances DU CIRCUIT.

Ces lois résument en peu de termes tous les rapports qui existent entre la force de la pile et l’intensité de scs effets, selon que l’on fait varier les conditions extérieures, c’est-àdire la longueur du conducteur, son diamètre, sa conductibilité, l’interposition de substances diverses dans le trajet du circuit, etc., etc. Ne pouvant entrer dans l’examen détaillé dp ces phénomènes qui reviennent spécialement aux traités de physique, nous nous bornons à rappeler le nom du physicien qui a posé ces règles importantes et la date de ses travaux sur ce sujet.

Après cette confirmation mathématique, les belles recherches du physicien allemand Fechner sur la résistance qu’opposent les conducteurs solides ou liquides au passage du courant de la pile, donnèrent une dernière sanction à la théorie du contact qui parut désormais appuyée sur des fondements inébranlables.

Entre les partisans absolus de la théorie du contact et les défenseurs de la théorie chimique, il importe de signaler les opinions intermédiaires des physiciens qui ont tenté de concilier ces deux systèmes opposés. Le nombre de ces derniers a été considérable. Nous nous contenterons de les signaler en peu de mots ; car, pour les faire connaître trèsexactement, il faudrait entrer dans de nombreux détails et se livrer à des considérations nouvelles dont l’exposé nous entraînerait trop loin. Dans l’intervalle qui s’étend entre les années 1820 et 1840, plus de deux mille mémoires ont ét(‘ publiés, par divers savants, pour le développement de théories particulières de la pile, s’appuyant à la fois sur le principe delà force électromotrice et sur l’action chimique.

Humphry Davy est un de ceux qui se sont occupés avec le plus de persistance à faire triompher une théorie de la pile intermédiaire entre l’hypothèse du contact et la consi-

LA PILE DE VOLTA

dération des effets chimiques. Nous avons vu que, dans ses premiers travaux sur l’électricité, Davy s’était prononcé très-nettement eu faveur de l’interprétation chimique. Mais plus tard il devint partisan des théories de distribution qui avaient pris un très-grand empire ; peut-être aussi était-il dirigé dans cette voie par son désir de faire admettre en même temps ses vues sur l’identité de l’affinité chimique et de l’électricité, qui avaient pour base le fait du développement de l’électricité par le simple contact des corps.

Quoi qu’il en soit, Davy admettait que la cause primordiale de la production de l’électricité dans les piles voltaïques, c’était le contact des métaux hétérogènes. L’action chimique s’exerçant sur l’un des métaux du couple, tendait ensuite à rétablir l’équilibre dans les mouvements électriques développés {>ar le contact, de sorte qu’en définitive, selon Davy, les phénomènes produits par l’électromotcur de Volta provenaient de l’action réunie de ces deux causes. Dans une pile formée, comme celle qu’il avait étudiée, de couples zinc et cuivre plongés dans une dissolution de sel marin, les deux métaux se constituaient par le contact dans un état électrique opposé. Lorsque les couples étaient en petit nombre, et que par conséquent l’électricité produite avait peu d’intensité, la dissolution de .sel marin n’agissait que comme simple conducteur, et l’électiïcité se distribuait sur chaque couple, en augmentant de tension avec le nombre des plaques, et de quantité en raison de la surface métallique. Mais dans une pile composée d’un grand nombre d’éléments, et qui dès lors agissait comme un agent de décomposition chimique, l’eau et le chlorure de sodium étaient décomposés à la fois par le courant voltaïque : l’oxygène et l’acide chlorhydrique provenant de cette décomposition se portaient sur le zinc, tandis que l’hydrogène et la soude se portaient sur le cuivre. Delà résultait, pour un instant, l’équilibre des forces mises en jeu. Une partie du II. 2 4

42 î DÉCODVEaTES SCIENTIFIQUES.

zinc se dissolvait dans le liquide de la pile, tandis que l’hydrogène se dégageait à l’état de gaz ; ensuite le contact des deux métaux, venant à développer une nouvelle quantité de fluide électrique, donnait au zinc de l’électricité positive, au cuivre de l’électricité négative. Mais l’oxygène et l’acide chlorhydrique qui se trouvaient en présence du zinc, par suite de la décomposition chimique, et qui sont électrisés négativement, neutralisaient l’état électro-positif du zinc ; et une destruction du même genre s’opérait au pôle opposé de la pile. Ces alternatives de formation et d’anéantissement de l’électricité, provenant à la fois du contact et de l’action chimique, continuaient nécessairement jusqu’au moment où le chlorure de sodium, décomposé prest]ue en entier, ne pouvait plus servir à produire de l’électricité par sa décomposition chimique!

Telle est la théorie mixte adoptée par Davy, et qu’il chercha à faire prévaloir Jusqu’à la fin de sa carrière scientifique, c’est-à-dire jusqu’à l’année 1826.

Cette théorie de l’équilibre électrique fut adoptée par Gay- Lussac et Thénard, qui, dans leurs essais pour mesurer l’intensité des effets de la pile, admirent que cette intensité était proportionnelle à l’énergie chimique de l’acidê employé pour mettre l’appareil en action.

Jæger, physicien du Wurtemberg et professeur à Stultgard, qui, dans l’origine, s’était montré, comme Davy, partisan de la théorie de l’oxydation, finit aussi par admettre la théorie de l’équilibre et de la distribution, qu’il confirma par le contrôle de l’analyse mathématique. Berzelius approuvait pleinement les idées de Jæger, ét'il dit, dans son ouvrage, que l’on doit à ce physicien la théorie la plus claire et la plus complète de la pile de Volta. Il chercha lui-même à préciser et à étendre les idées du professeur de Stuttgard. On peut en dire autant de Scholz et de Reinhold, physiciens allemands, qui s’appliquèrent à développer les idées de

LA PILE DE VOLTA

Jæger. Le professeur Ermann de Berlin, dans la théorie particulière qu’il formula, inclinait, plus que les précédents, vers la théorie du contact. Mais la théorie la plus satisfaisante de la distribution et de l’équilibre de l’électricité dans la pile de Volta a été donnée par le professeur Joseph Prechtl de Vienne.

C’est vers l’année i 83o qu’une période toute nouvelle s’ouvrit pour l’explication théorique des effets de la pile de Volta. Malgré les beaux travaux de Ohm et de Fechner, qui, en donnant à la théorie du contact une base mathématique, semblaient avoir décidé dans ce dernier sens cette question tant discutée, il sc rencontra à cette époque d’habiles et profonds observateurs qui, reprenant à de nouveaux points de vue la théorie chimique, assirent cette théorie sur des bases désormais inébranlables. M. Auguste de La Rive . qui, pendant vingt années consécutives, n’a cessé de s’occuper de cette grande question, est le premier fondateur de la théorie chimique actuellement adoptée pour l’explication des effets de la pile de Volta. Ne pouvant entrer dans les détails des expériences si nombreuses et si variées qui ont été exécutées par cet habile physicien, depuis l’année 1835 jusqu’à notre époque, nous nous contenterons de dire que, par l’ensemble de ses recherches, le savant physicien de Genève a donné le premier l’explication rationnelle des phénomènes de la pile en les interprétant par la seule considération des effets chimiques.

Après M. de La Rive, M. Faraday, de Londres, a été le véritable créateur de la théorie chimique de la pile, professée aujourd’hui par tous les physiciens à peu près sans exception. Grâce à une très-longue série de travaux, aussi remarquables parla précision et la méthode expérimentale que par la force du raisonnement, M. Faraday a complètement réfuté la théorie du contact métallique, et donné en même temps une démonstration définitive de la théorie

chimique. Les divers travaux de M. Faraday sur cette question sont renfermes dans un nombre considérable de mémoires, ou plutôt de notes de peu d’étendue, dans lesquels ce physicien a consigné la description et le résultat de ses expériences au fur et à mesure qu’il les exécutait. Mais on trouve un exposé de l’ensemble de ses recherches sur cette question dans un grand mémoire sur \ origine du pouvoir de la pile voltaïque, publié par lui en 1841, dans les Archives de l'électricité, recueil qui a paru à Genève pendant plusieurs années sous la direction de M. de La Rive (1).

M. Faraday démontre dans ce travail les propositions suivantes :

4® L’action chimique dégage de l’électricité.

2® Le courant s’établit au moment où l’action chimique commence, et dure aussi longtemps qu’elle.

3® Le courant s’affaiblit toutes les fois que l’intensité de l’action chimique diminue ; il s’arrête au moment où l’action chimique est suspendue.

4® Le sens du courant change en même temps que le sens de l’action chimique.

S® Toute- variation surv’enue dans l’intensité, ou le sens de l’action chimique, s’accompagne nécessairement d’une variation correspondante dans l’intensité, ou le sens du courant.

6® En l’absence d’action chimique, le couple voltaïque ne fournit pas de courant.

7® Le seul contact des métaux ne peut développer de phénomènes électriques.

Nous allons faire connaître les principales expériences sur lesquelles M. Faraday s’appuie, pour démontrer la vérité des propositions fondamentales que nous venons d’énoncer, et qui établissent d’une manière irréfutable que le -

(I) Tome I, pages 93 et 342.

LA. PILE DE VOLT A

contact des métaux hétérogènes n’est pour rien dans les phénomènes de la pile voltaïque, et que toute l’électricité qui prend naissance dans ces appareils provient de l’action chimique exercée par les acidessur les métaux qui le composent,

M. Faraday a employé pour ses expériences des appareils fort simples, qui permettent de séparer nettement l’action du contact des métaux de l’effet produit par les réactions chimiques, et par conséquent de reconnaître à laquelle de ces deux influences est due la production du courant électrique.

Il examine d’abord comment se comporte un couple vol taïque en présence d’un liquide qui n’agit point chimiquement sur les métaux de ce couple. La dissolution concentrée et limpide de sulfure de potassium jouit de la propriété de conduire très-bien l’électricité dynamique, et de se laisser traverser par des courants très-faibles. La même dissolution n’exerce aucune action chimique sur le platine et sur le fer. Klle permet donc d’étudier séparément l’influence du contact «les métaux et celle de l’action chimique dans la production d’un courant électrique. Voici la disposition employée par M. Faraday pour observer les phénomènes qui se produisent dans ce cas.

Si dans un vase N contenant de la dissolution de sulfure de potassium, on place une lame de platine P' et une lame de fer F ; que dans un second vase M rempli de la même dissolution, on plonge deux lames de platine P, P'', que l’on tixe les lames P" P' aux extrémités du fil d’un galvanomètre ü, et que Ton fasse communiquer les lames F, P au moyen d'un fil de fer f et d’un fil de platine p, on obtient une disposition dans laquelle on réalise le contact de deux métaux hétérogènes, c’est-à-dire le fer et le platine qui se touchent au point G. En même temps les métaux employés plongent dans un liquide qui ne peut exercer sur eux aucune action chimique, puisque la dissolution de sulfure de potassium

n’attaque ni le platine, ni le fer. Or, bien qu’il existe au point G un contact de deux métaux hétérogènes, l’aiguille

Fig. 34.

du galvanomètre reste immobile, aucun courant ne traverse le circuit. Ainsi le seul contact de deux métaux est impuissant à faire naître un courant voltaïque. Si l’on sépare les fils P et /"au point G, et que l’on place entre eux un autre métal quelconque, tel que du zinc, par exemple, bien qu’il y ix\i contact^ d’une part entre le zinc et le platine, et d’autre part entre le zinc et le fer, il n’y a pas encore de courant produit. Le contact seul ne développe donc point d’électricité.

Maintenant, si l’on vient à placer au point G, c’est-à-dire entre les deux fils conducteurs de platine et de fer, un morceau de papier imbibé d’aciie sulfurique, le fer est attaqué par l’acide. Aussitôt l’aiguille du galvanomètre est déviée, le circuit est traversé par encourant électrique qui passe, à tra-

L\ PILE DE VOLTA

vers le papier, du fer au platine ; le fer joue le rôle de métal positif, comme l’indique la théorie chimique.

Ainsi, tandis que le contact de deux métaux hétérogènes ne dévelop[>e aucune trace d’électricité, au contraire, dans les mêmes conditions, l’action chimique détermine l’établissement d’un courant voltaïque. Il n’y a pas de courant toutes les fois que l’action chimique manque, bien que le contact existe: il y a au contraire production d’un courant voltaïque, toutes les fois qu’un liquide agit chimiquement sur un métal.

On |)eut remplacer la dissolution du sulfure de potassium par une dissolution concentrée de potasse, la lame de fer F par une lame d’argent, et le fil de fer /par un fil d’argent: la potasse caustique n’exerçant aucune action chimique ni sur l’argent ni sur le platine. Au point G {fig. 34), il y a contact de deux métaux hétérogènes, et pourtant le galvanomètre n’accuse la production d’aucun courant. Mais, si au point G on place, entre l’argent et le platine, un morceau de papier imbibé d’acide azotique, l’argent est attaqué tout aussitôt, et en même temps le galvanomètre signale la production d’un courant électrique.

M. Faraday a employé, dans le même appareil, d’autres liquides, tels que l’acide nitreux hydraté et l’acide azotique. Toutes les fois que la combinaison voltaïque était formée de métaux sur lesquels ces liquides étaient sans action, il a constaté que le contât seul ne développait aucun courant électrique.

Get expérimentateur est arrivé aux mêmes résultats, eu plaçant dans le même appareil des liquides qui peuvent agir chimiquement sur l’un des métaux du couple pour former un sulfure. La dissolution de sulfure de potassium attaque avec énergie l’étain, le plomb, le bismuth, le cuivre, l’antimoine et l’argent. Si donc, dans l’appareil précédent, on place un couple voltaïque formé de deux lames de platine et d'étain, de platine ctde plomb, de platine et de bismuth, etc., on con-

State, à l’aide du galvanomètre, la production d’un courant électrique. Si l’action chimique s’arrête, le courant voltaïque s’arrête aussi en même temps. Tel est le cas des couples formés avec le platine et le plomb, le platine et le bismuth. Comme le sulfure de plomb ou le sulfure de bismuth provenant de la réaction sont insolubles dans le sulfure de potassium qui forme le liquide actif, et qu’ils se déposent sur la lame de plomb ou de bismuth, en couche continue et impénétrable, de telle manière que le métal est mis à l’abri de l’action du liquide, l’eflfet chimique s’arrête, et le courant électrique est suspendu au même instant. Si, au contraire, et tel est le cas du cuivre, de l’antimoine et de l’argent, le sulfure métallique formé soluble dans le sulfure de potassium ne se dépose point sur le métal négatif, mais se dissout dans la liqueur à mesure qu’il se forme, et laisse la surface de métal toujours nette et brillante, exposée à l’action chimique du sulfure de potassium, le courant électrique est continu et ne subit aucune interruption.

Tous ces faits démontrent avec évidence que l’action chimique est la seule source de l’électricité dans la pile deVolta ; que le courant électrique commence au moment où l’affinité s’exerce entre les métaux du couple, et qu’elle s’arrête quand cette affinité est suspendue.

M. Faraday montre ensuite que l’on peut développer des

courants électriques avec un métal unique, et sans contact avec un autre métal. Ce physicien a donné une très-longue

LA PILE DE VOLTA

liste des combintiisons voltaïques qui fournissent un courant <-loctrique incontestable sans aucune espèce de contact métallique. Nous nous contenterons de citer les deux exemples suivants : 1® Dans deux vases de verre M et N, si l’on place une lame de platine P, et une lame de fer F plongeant, par leurs extrémités, dans ces vases de verre ; si l’on verse dans le vase M de l’acide azotique étendu, et dans le vase N une dissolution de sulfure de potassium, cette combinaison voltaïque' ne présentera aucun contact métallique. Cependant, par le fait de l’action chimique de l’acide azotique sur le fer, ce métal devient positif par rapport au platine ; le système entier est traversé par un courant électrique, dirigé de lalame F à la lame P dans le liquide actif du vase M, et assez puissant pour décomposer le sulfure de potassium dans le vase N.

Si dans le même appareil on remplace la lame de fer F par une lame de zinc, et le sulfure de potassium du vase N par une dissolution d’iodure de potassium, cette seconde combinaison ne donne pas non plus de contact métallique auquel on puisse rapporter le développement de la force électromotrice. Cependant, sous l’influence de l’acide azotique, le zinc devient positif par rapport au platine, il s’établit un courant voltaïque traversant les deux métaux, et ce courant est assez intense pour décomposer l’iodure de potassium contenu dans le vase N.

M. Faraday rapporte diverses expériences qui prouvent (jue le sens du courant voltaïque change en même temps que le sens de l’action chimique, et que toute variation survenue dans le sens d’un courant voltaïque s’accompagne d’une variation correspondante dans le sens de l’action chimique. Il a pu, dans un grand nombre de cas, renverser le .sens du courant voltaïque en conservant les mômes métaux composant le couple, et changeant le liquide qui agit chimiquement sur ces métaux. Nous nous contenterons de citer quelques cas de ce genre.

Dans l’acide azotique étendu, le plomb est positif par rapport à l’étain ; dans l’acide sulfurique étendu, l’étain est positif par rapport au plomb. Or, l’expérience démontre que l’acide azotique attaque plus fortement le plomb que l’étain, tandis que l’affinité de l’acide sulfurique est plus forte pour l’étain que pour le plomb'. Dans l’acide sulfurique étendu, l’antimoine est positif par rapport au cuivre ; dans l’acide chlorhydrique, le cuivre est positif par rapport à l’antimoine. Dans ce cas encore, le renversement du courant produit n’est que la traduction du changement survenu dans l’affinité des liquides pour chacun des métaux employés.

Il résulte de tous les faits que nous venons de citer :

1“ Que le contact seul de deux substances hétérogènes ne provoque aucun dégagement d’électricité ;

2® Que l’action chimique s’exerçant entre deux corps produit toujours un courant voltaïque ;

3® Que le courant électrique commence avec l’action chimique, s’accroît avec elle, s’arrête si l’action chimique est suspendue, et reprend si l’action chimique recommence ;

4® Que le sens du courant change quand l’action chimique vient à varier dans un couple voltaïque.

Toutes ces propositions, qui ne sont que des déductions rigoureuses des expériences de M. Faraday, prouvent par leur ensemble que le contact des substances hétérogènes n’est pour rien dans la production des phénomènes de la pile, et que l’action chimique qui s’exerce entre l’acide et l'un des métaux du couple est la seule origine de l’électricité qui prend naissance dans cet appareil.