Découverte de l’électricité pour un super voyage au cœur de la matière

Je te propose aujourd’hui de partir à la découverte de l’électricité pour mieux comprendre les phénomènes qui t’entourent! En effet, il ne se passe probablement pas une journée sans que tu utilises l’électricité. La lumière qui éclaire ta chambre, le four qui a cuit ton dîner, la voiture ou le bus qui t’a amené à l’école, la machine qui a lavé ton jean…tous ces équipements utilisent de l’électricité. Mais sais-tu vraiment ce qu’est l’électricité? Je vais me focaliser dans cet article sur le phénomène physique de l’électricité, si tu veux découvrir l’histoire de cette folle énergie, je te conseille plutôt d’aller voir cet autre article.

Les électrons, la clé de la découverte de l’électricité!

De quoi est constituée la matière?

Tout, absolument tout ce qui t’entoure, est constitué d’atomes. Mais c’est quoi exactement un atome ? Et bien c’est un grain de matière ! Une petite boule qu’il est impossible de voir sans un équipement très sophistiqué. Lorsque ces atomes sont assemblés, ils forment un bout de bois, du plastique, du métal, du verre…Même l’ADN dont je te parlais précédemment est formé d’atomes !

En fait, on peut dire que les atomes sont comme des grains de sable. Lorsque tu as un seul grain de sable au creux de ta main, il est bien difficile de le voir. Mais si tu assembles beaucoup de grains de sable entre eux, tu pourras faire des pâtés ou même des châteaux forts ! C’est exactement la même chose avec les atomes !

Il existe différents type d’atomes, tout comme il existe différents types de grains de sables. Ce serait un peu trop compliqué de t’expliquer tout ça dans un premier temps. Cependant, je peux te dire que ces atomes diffèrent selon leur poids, leur taille, leurs caractéristiques…

Les électrons sont des éléments essentiels des atomes

A quoi ressemble un atome ? Il est formé d’un noyau, c’est-à-dire d’un élément dur, comme le noyau que tu trouves à l’intérieur d’un abricot par exemple. Autour de ce noyau, il y a des éléments qui tournent très vite que l’on appelle les électrons^[1][2]. Dans certaines situations, ces électrons ont la capacité de se déplacer d’un atomeIl s’agit du plus petit élément qui compose la matière.... More à l’autre.

L’électricité, c’est tout simplement le déplacement de ces électrons^[3]. Ceux-ci peuvent être plus ou moins nombreux et puissants ce qui va influencer les caractéristiques d’un courant électrique.

Tu te rends compte ? Le déplacement de quelque chose que tu ne vois pas va donner une énergie considérable, que l’on appelle énergie électrique ! Grâce à ces tout petits éléments, tu vas pouvoir éclairer une pièce, cuire un gratin ou encore faire tourner une machine à laver ou avancer une voiture.

Ces électrons peuvent aussi, s’accumuler dans un endroit au lieu de se déplacer. On parle alors d’électricité statique. C’est à cause de l’électricité statique que tu as les cheveux dressés sur la tête lorsque tu enlèves un pull en laine par exemple.

Si les électrons s’accumulent à un endroit c’est parce qu’ils ne peuvent plus se déplacer. En effet, certains matériaux autorisent le déplacement et d’autres non. On parle alors de matériaux conducteurs (les électrons peuvent bouger) ou isolant (les électrons ne peuvent pas bouger).

L’électricité n’est pas sans danger

Tu utilises l’électricité dans la vie de tous les jours. Mais attention ! Il faut toujours être prudent et se demander si ce que l’on fait est dangereux ou non ! En effet, l’électricité peut faire de gros dégâts, en particulier sur toi ! L’eau contenu dans ton corps laisse très bien passer l’électricité. Cela veut dire que tu peux être traversé par un courant électrique. Non seulement cela fait mal, mais tu peux également être blessé très gravement ! Ainsi, si un courant électrique passe dans ton cœur, celui-ci sera complètement déréglé et il ne battra plus de manière normal. Tu pourrais en mourir. Mais je te rassure, l’électricité telle que tu l’utilises quotidiennement n’a que très peu de risque de te blesser.

Néanmoins, il faut faire attention! C’est pour cette raison que tes parents t’interdisent probablement de mettre les doigts dans une prise ! Il est également très dangereux d’avoir des appareils électriques (comme un sèche-cheveux ou un téléphone portable) à côté de toi si tu es dans ton bain. Savais-tu que le célèbre chanteur Claude François (dont les chansons ont été reprises par M Pokora) s’est tué en touchant une ampoule (parcourue par un courant électrique) alors qu’il était dans son bain ? Quand tu seras grand, si tu as besoin de bricoler une prise ou de changer une ampoule, il faudra impérativement couper l’électricité !

De manière plus générale, lorsque tu vois le panneau à gauche ci-dessous quelque part, méfie-toi, cela veut dire qu’il y a un risque d’électrocution, c’est-à-dire un risque d’être parcouru par un courant électrique ! Dans la vie courante, il y a peu de risque de croiser ce panneau. Par contre, si tu fais des balades dans la nature, il est très probable que tu vois un jour le panneau de droite qui indique, lui, des clôtures électriques.

Si tu fais bien attention aux consignes de sécurité, il est néanmoins possible de découvrir l’électricité en toute simplicité avec du matériel que tu as chez toi! Tu peux d’ailleurs retrouver une petite expérience simple à réaliser par ici, et créer des circuits électriques avec trois fois rien.

A la découverte de l’utilisation de l’électricité

Comment produire de l’électricité

Le moyen le plus simple pour produire de l’électricité, c’est de frotter une règle en plastique sur du papier. On fabrique alors de l’électricité statique. Le problème, c’est qu’il est difficile de produire suffisamment d’électricité pour notre usage quotidien avec cette méthode. On utilise alors d’autres moyens pour obtenir de l’électricité. On peut, par exemple, utiliser du charbon ou du pétrole, de la radioactivité, le soleil, le vent, ou encore l’eau. Ces dernières sont appelées des sources d’énergie renouvelables puisque la nature peut remplir notre stock d’énergie autant que l’on veut^[4]. Le charbon et la radioactivité, qui ne sont pas renouvelables, sont les plus efficaces, mais ils sont également les plus polluants. En France, le moyen le plus utilisé est la radioactivité. On parle d’énergie nucléaire^[5].

Je ne vais pas m’attarder ici sur les mécanismes de production d’électricité. Sache simplement que ceux-ci utilisent un équipement spécifique comme des générateurs, des turbines, des rotors ou encore des aimants pour transformer une énergie mécanique en énergie électrique…Tout cela serait trop long à expliquer ici mais dis-moi en commentaire si cela t’intéresse. Je pourrai alors consacrer un article entier à la production d’énergie électrique.

Sauras-tu relier l’usine qui produit de l’électricité avec le moyen utilisé pour la produire ?

La découverte de l’électricité et la difficulté de son transport

Une fois que l’électricité est produite, il faut l’amener jusqu’à chaque maison, chaque usine qui en a besoin. L’électricité se transporte très facilement et rapidement (plusieurs milliers de kilomètres par seconde). Pour cela, on utilise de très gros câbles pour transporter beaucoup d’électricité (on parle alors de câbles à haute voire très haute tension) . Plus on s’approche d’une maison, et plus les fils électriques sont petits parce qu’ils contiennent moins d’électricité. L’ensemble de ces câbles et sites de production forment le réseau électrique qui apporte la précieuse énergie partout.

Comment stocker l’électricité?

Il est très difficile de stocker de l’électricité, c’est pour ça qu’il faut toujours en produire si on veut en avoir à n’importe quel moment de la journée. Néanmoins, il existe quelques moyens pour stocker cette énergie. Le plus connu est tout simplement la pile^[6]. Et oui ! La pile est une réserve d’électricité ! Il existe aussi les batteries qui, sur le même principe que les piles, permettent de stocker l’électricité. Il existe également d’autres moyens tel que la pile à combustible (qui n’a rien à voir avec les piles !) qui utilise un gaz appelé dihydrogène pour stocker l’électricité.

Pour aller plus loin dans la découverte de l’électricité

Quelle est la différence entre courant continu et courant alternatif?

Une des premières caractéristiques du courant électrique c’est le sens de déplacement des électrons. S’ils vont toujours dans le même sens, alors on parle de courant continu. Si les électrons se déplacent une fois dans un sens, une fois dans l’autre, il s’agit de courant alternatif. Le courant alternatif est utilisé quotidiennement puisque c’est ainsi que sont alimentés les lampes, fours ou encore le chauffage. Par contre, tous les appareils électroniques (ordinateurs, téléphone portable, lampe de poche, etc.) fonctionnent avec du courant continue. Il peut parfois être nécessaire d’utiliser un appareil appelé alternateur pour transformer un courant continu en courant alternatif.

Quelles sont les unités de mesure

Si tu t’intéresses un peu à l’électricité, il est très probable que tu entendes parler de volts, d’ampères, de tension…mais qu’est-ce que c’est que tout ça ?

Dans le domaine de l’électricité, il y a trois principale caractéristiques :

• La première est la tension. Elle correspond à la quantité d’électrons qui se déplacent. Cette caractéristique est mesurée en volt (symbole V).
• La seconde est l’intensité du courant, elle, correspond à la vitesse à laquelle se déplace les électrons. Elle est mesurée en ampère (symbole A).
• Pour finir, la puissance électrique (exprimée en watts, symbole W) permet de mesurer la quantité d’énergie transmise. Elle dépend bien sûr de la tension et de l’intensité.

Si on compare l’électricité à un cours d’eau, la tension est la quantité d’eau présente dans le lit du ruisseau ; l’intensité est le débit de l’eau, c’est-à-dire sa vitesse et enfin la puissance électrique et la quantité d’eau que l’on va récupérer au bout de la rivière.

Tu l’as compris avec cette découverte de l’électricité, celle-ci fait partie de notre vie quotidienne. Pourtant, sont utilisation intensive est polluante! Les centrales au charbon, rejettent beaucoup de gaz carbonique qui est un des principaux gaz à l’origine du réchauffement de la planète. Les centrales nucléaires produisent des déchets qui émettent de la radioactivité pendant des centaines d’années sans qu’on sache comment les traiter.

L’électricité produite grâce au vent, au soleil ou encore à l’eau sont moins polluantes. Néanmoins, elles nécessitent une très grande surface pour produire suffisamment d’électricité. Serais-tu content d’avoir un champs d’éoliennes juste à côté de chez toi? Reconnais que ce n’est pas génial! Le mieux est donc d’utiliser le moins d’électricité possible. On dit que l’on économise l’électricité. On peut, par exemple, éteindre la lampe quand on quitte une pièce, penser à éteindre nos appareils électroniques quand on ne les utilise pas ou encore éteindre le radiateur lorsqu’on ouvre une fenêtre! Tu peux trouver d’autres astuces ici.

Et toi? Que fais-tu pour économiser l’électricité?

Au fait, la réponse à mon petit jeu est : 1-c; 2-a; 3-d; 4-b

Bibliographie pour la découverte de l’électricité

• [1]         J. J. Thomson, « LVII. On the charge of electricity carried by the ions produced by Röntgen rays », Lond. Edinb. Dublin Philos. Mag. J. Sci., vol. 46, n^o 283, p. 528‑545, déc. 1898, doi: 10.1080/14786449808621229.
• [2]         J. J. Thomson, « The structure of the atom », Royal Institution of Great Britain, 1905.
• [3]         G. Borvon, « De Dufay à Ampère Des deux espèces d’électricité aux deux sens du courant électrique Un moment de l’Histoire de l’Électricité », vol. 88, p. 34, 1994.
• [4]         L. Freris, D. G. Infield, et M. Pinard, Les énergies renouvelables pour la production d’électricité, 2e éd. Malakoff: Dunod, 2021.
• [5]         « Le nucléaire en chiffres | EDF FR », 29 janvier 2021. https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres (consulté le 28 juillet 2022).
• [6]         J.-J. Samueli et J.-C. Boudenot, « L’invention de la pile électrochimique par Volta », Bibnum Textes Fond. Sci., sept. 2008, Consulté le: 28 juillet 2022. [En ligne]. Disponible sur: https://journals.openedition.org/bibnum/719