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La controverse Galvani-Volta et l'invention de la pile

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Par Christine Blondel et Bertrand Wolff

Volta, de l'électricité animale à l'électricité métallique (mars-octobre 1792)

En 1792, Alessandro Volta (1745-1827) est un savant de renom international. Professeur de physique à Côme, puis à l'université de Pavie, il voyage beaucoup - contrairement à Galvani - à la rencontre des plus grands savants de l'époque, en France, en Angleterre et en Allemagne, et entretient une abondante correspondance scientifique. En 1791 il est élu membre de la Royal Society.

Même sans l'invention de la pile, son nom serait passé à la postérité : invention de l'électrophore [Voir la page De l'électrophore perpétuel de Volta à la machine de Wimshurst], identification du "gaz des marais" ou "air inflammable" [le méthane] qui provoquait des flammes au-dessus des eaux dormantes, construction d'électromètres très sensibles capables de déceler l'électricité atmosphérique, invention de l'eudiomètre pour étudier les réactions chimiques provoquées par une étincelle électrique dans un mélange gazeux, etc.

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Matteucci Ch., Essai sur les phénomènes électriques des animaux, Paris, 1840.

En 1782, bien avant sa controverse avec Galvani, Volta admet l'existence d'une électricité animale :

"pour donner le nom d'électricité animale, il faut trouver une électricité qui soit essentiellement liée à la vie [...]. Mais une telle électricité existe-t-elle ? Oui : on l'a découverte dans la torpille et dans l'anguille tremblante du Surinam que les naturalistes appellent d'après Linné Gymnotus electricus"

Il reprend à son compte la conclusion de l'Anglais John Walsh qui avait réussi à obtenir une étincelle avec un poisson électrique :

"la torpille décharge une très grande quantité de fluide électrique, de même qu'une [très grande batterie de bouteilles de Leyde], mais avec peu d'énergie, avec une faible tension" (pour employer le mot que j'ai suggéré)

A la lecture, en 1792, du Commentaire sur les forces électriques dans le mouvement musculaire de Galvani (désigné par la suite Commentaire...), Volta est d'abord sceptique devant les expériences qui y sont décrites et il s'empresse de les répéter. Mais en quelques semaines, il reconnaît passer "de l'incrédulité au fanatisme " quant à l'existence de cette électricité d'origine organique. Dans un mémoire adressé au célèbre électricien anglais Cavallo, il souligne l'importance de la découverte de Galvani :

Le Commentaire... "contient une des plus belles et des plus surprenantes découvertes, et le germe de plusieurs autres."

[Voir la page Galvani et l'électricité animale]

Mais ses doutes apparaissent rapidement, fondés sur ses propres expériences qui reprennent une à une celles de Galvani. Il innove cependant de deux manières par rapport à Galvani. D'une part il n'expérimente pas seulement sur des cuisses de grenouilles, disséquées à la manière de Galvani, mais aussi sur divers animaux entiers, morts ou vivants. D'autre part, en physicien convaincu que "rien de bon ne peut être fait si les choses ne sont pas réduites à des degrés et des nombres", il cherche à évaluer à l'aide de ses électromètres quelle tension suffit à provoquer une contraction. En reprenant l'application directe de l'électricité au nerf, il constate que la grenouille "préparée" est un extraordinaire "électromètre animal, si l'on peut l'appeler ainsi". En effet la tension électrique suffisante pour provoquer une contraction est si faible que seul son électromètre condensateur ultrasensible est capable de la déceler

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Galvani, Commentaire..., 1792.

Mais pour lui, la plus "surprenante découverte" de Galvani est celle qui met en jeu "l'arc conducteur" formé de deux métaux :

... comment s'empêcher d'être surpris des expériences "tout-à-fait nouvelles et merveilleuses que Galvani rapporte dans [le Commentaire...] ? Par lesquelles il obtint les mêmes convulsions et mouvements violents des membres, sans avoir recours à aucune électricité artificielle, ou excitation étrangère, par la seule application d'un arc conducteur quelconque, dont un bout touchait aux muscles et l'autre aux nerfs... C'est ainsi qu'il découvrit de manière heureuse, et nous démontra de la manière la plus évidente, l'existence d'une véritable électricité animale dans tous, ou presque tous les animaux."

Volta semble donc adhérer à la thèse de l'électricité animale. Pourtant, quelques lignes plus loin, les premières objections apparaissent.

Les expériences de Galvani "sont renfermées dans un cercle trop étroit. Il s'agit toujours de découvrir et isoler les nerfs, et d'établir une communication de corps conducteurs de l'électricité entre ces nerfs et les muscles [...]. S'il avait un peu plus varié les expériences, comme je l'ai fait, il aurait vu que ce double contact du nerf et du muscle, ce circuit qu'il imagine, n'est pas toujours nécessaire.Il aurait trouvé, ce que j'ai trouvé, qu'on peut exciter les mêmes convulsions, les mêmes mouvements dans les pattes, et autres membres des grenouilles, et de tout autre animal", en appliquant l'arc soit entre deux points du nerf, soit entre deux muscles et même entre différents points d'un seul muscle.

Que conclut Volta de ces expériences dans lesquelles il varie les animaux, du mouton à la cigale, et le mode de stimulation ? Selon lui on ne peut pas accepter l'analogie faite par Galvani entre le muscle et une bouteille de Leyde, puisqu'il suffit de mettre l'arc métallique en contact avec deux points différents du nerf pour provoquer la contraction. Pour Galvani, il fallait relier le muscle et le nerf par cet arc métallique pour décharger l'électricité accumulée dans le muscle.

Autre différence essentielle avec Galvani : Volta affirme que l'arc mis en contact avec deux points différents du nerf doit être constitué de deux métaux différents pour produire une contraction musculaire. Avec un seul métal parfaitement homogène, il n'obtient pas de contractions.

Si en septembre 1792 Volta écrit prudemment que, dans certains phénomènes, "l'électricité animale naturelle et proprement organique subsiste, et ne peut pas être renversée entièrement", en octobre il affirme :

"...[avoir découvert] véritablement une nouvelle loi bien singulière ; une loi qui n'appartient pas proprement à l'électricité animale, mais à l'électricité commune. [Loi selon laquelle] un transflux de fluide électrique [a lieu] tout le temps que la communication entre les deux armures subsiste.
J'avoue qu'il n'est pas aisé de concevoir comment et pourquoi la simple application de deux armures dissemblables [...] à des points très proches les uns des autres d'un muscle quelconque, trouble l'équilibre du fluide électrique et, le tirant de son repos et de son inaction, le sollicite de passer incessamment d'un endroit à l'autre ..."

Même s'il n'est "pas aisé de concevoir" une nouvelle loi si "extraordinaire et difficile à concilier avec les lois communément établies", pour lui "c'est cette différence des armures qui est essentielle". On ne doit pas considérer ces armures comme de simples conducteurs, mais bien comme les "moteurs" de l'électricité. Un des métaux pousse le fluide électrique à travers les conducteurs imparfaits que sont les tissus animaux, tandis que l'autre métal attire ce fluide à lui.

Par ailleurs, Volta conteste la thèse de Galvani selon laquelle l'électricité stimule directement la contraction des fibres musculaires. Pour lui le fluide électrique n'a d'influence sur les muscles que par l'intermédiaire des nerfs. Cette conclusion peut sembler paradoxale puisque l'application de l'arc bimétallique aux seules "parties musculeuses" provoque des contractions. Mais dans ce cas, le facteur décisif serait la proximité d'un nerf, comme le prouve le fait que ce sont les muscles commandés par ce nerf, et non ceux auxquels est appliqué l'arc, qui subissent les plus fortes convulsions.

A l'appui de cette thèse, Volta décrit les expériences menées sur sa propre langue. De nombreux savants de l'époque, tel le célèbre naturaliste allemand Alexander von Humboldt, expérimentent ainsi sur eux-mêmes. Mais la sensibilité de l'homme, comme celle de tous les animaux à sang chaud, est bien moindre que celle de la grenouille ! Pour provoquer des contractions aussi spectaculaires que chez la grenouille, il faudrait mettre en oeuvre des "préparations" peu agréables (dépeçage partiel, ou travail sur un membre amputé !)

"Heureusement il me vint dans la tête que nous avons, dans la langue, un muscle nu, dépourvu au moins des intéguments épais dont sont couvertes les parties extérieures du corps ..."

Volta pose un petit morceau d'étain sur la pointe de sa langue, maintient la partie creuse d'une cuillère d'argent sur la surface supérieure de la langue, puis incline la queue de la cuillère jusqu'à l'amener au contact de l'étain.

"Je m'attendais à voir trembloter la langue... Mais les mouvements que j'osais prédire n'arrivèrent pas. Et j'eus, au lieu de cela, une sensation à laquelle je ne m'attendais nullement. Ce fut un goût aigre assez fort, sur la pointe de la langue... Je fus d'abord fort surpris de cela. Mais réfléchissant un peu à la chose, je conçus aisément, que les nerfs qui aboutissent à la pointe de la langue, étant les nerfs destinés aux sensations du goût et nullement aux mouvements de ce muscle flexible, il était tout-à-fait naturel que l'irritation du fluide électrique [...] y excitât une saveur et pas autre chose."

Puisque l'effet observé correspond à la fonction naturelle du nerf - sensorielle et non motrice - c'est bien le nerf, et non le muscle, qui est excité par l'électricité "mise en mouvement" par les métaux. Supposant que les nerfs responsables des mouvements de la langue sont implantés à sa racine, Volta expérimente sur des langues animales fraîchement coupées. Appliquant le morceau d'étain à la racine de la langue, il eut "le plaisir de voir la langue entière trémousser vivement, élever sa pointe, se tourner et se replier de part et d'autre, chaque fois et tout le temps qu'une telle communication avait lieu".

Il remarque en outre que les picotements et saveurs ressentis lors de l'application à la langue de l'arc bimétallique sont analogues à ceux ressentis en reliant la langue avec les sphères d'une machine électrique.

Il est facile de réaliser une variante de l'expérience de Volta : pincer la langue entre une lame de cuivre et une lame de fer (ou mieux de zinc ou d'aluminium), en faisant se rejoindre les deux lames à l'extérieur.

Enfin, Volta utilise son oeil comme détecteur : l'application de l'arc bimétallique provoque des sensations lumineuses.

A la fin de l'année 1792, il affirme clairement son refus de l'électricité animale. Pour lui les tissus musculaires jouent seulement un rôle passif.

Qu'en dit la science d'aujourd'hui ?
Dans les expériences faisant intervenir deux métaux et un tissu organique, Volta avait raison dans la mesure où l'électricité ne provient pas de l'animal. Mais il avait également tort car le générateur n'est pas, comme il le croyait, le couple métallique, mais le "sandwich" premier métal/solution aqueuse (le tissu animal)/deuxième métal. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui un élément de pile. On sait que la solution aqueuse est indispensable, alors que Volta ne lui attribuait qu'un rôle passif.

La riposte des "galvanistes" : la contraction sans aucun métal (1794)

Galvani avait souligné dans son Commentaire (1791) l'influence décisive de la différence des métaux : "l'emploi de plusieurs corps métalliques différents avait beaucoup plus d'effet que l'emploi d'un seul et même corps métallique". Pourtant il n'en tirait pas la conclusion d'un rôle actif des métaux. En effet, si faible soit-elle, la contraction musculaire peut être provoquée à l'aide d'un seul métal : dans le premier récit de l'expérience sur la terrasse, le crochet planté dans la moelle de la grenouille est en fer comme les barreaux de la terrasse. Certes l'utilisation de deux métaux facilite la décharge - ce que Galvani se borne à constater sans chercher à l'interpréter - mais ce n'est pas une condition indispensable.

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Giovanni Aldini. Essai théorique et expérimental sur le galvanisme..., Paris, 1804.

En 1794, paraissent deux ouvrages anonymes portant sur "l'arc conducteur", le premier attribué à Galvani, le second à son neveu et collaborateur Giovanni Aldini. Galvani évoque d'abord les résultats obtenus avec un arc constitué d'un seul métal homogène - mais Volta mettra en doute cette homogénéité - puis il présente ce qu'il considère comme l'expérience cruciale :

 

"Pour supprimer le moindre doute et tout soupçon d'artifice [à propos de l'électricité animale] , nous proposerons une autre expérience beaucoup plus facile, plus simple, encore plus sûre et convaincante."

Des contractions musculaires sont obtenues sans le secours d'aucun métal, simplement en mettant en contact le nerf crural de la cuisse de la grenouille avec la surface externe du muscle.

D'autres partisans de Galvani multiplient les expériences où de simples contacts entre tissus animaux sont sources de contraction. Volta déplore que ces expériences rallient à la "bannière galvaniste" de nombreux savants qui avaient d'abord adhéré à sa thèse "métallique".

Qu'en dit la science d'aujourd'hui ?
Dans les expériences de contraction sans métaux, Galvani et ses partisans avaient raison ! Il existe bien des différences de potentiel électrique d'origine organique, mais elles sont beaucoup plus faibles que les différences de potentiel produites par un élément de pile. On les mesure de nos jours lors d'un électrocardiogramme ou d'un électroencéphalogramme.
Mais attention ! S'il est intéressant de réexaminer les faits à partir de nos connaissances actuelles, ce n'est pas pour décerner des récompenses aux "vainqueurs" de l'histoire, mais avant tout pour mieux comprendre la complexité de la réalité expérimentale de l'époque et mettre en évidence la rigueur de l'argumentation de part et d'autre.

Volta et les "conducteurs de deuxième classe" : théorie générale du contact (1795)

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Volta n'abandonne pas la partie ! Il réalise également des expériences sur les contractions sans métal, et remarque que les effets sur la grenouille sont influencés par la différence de nature entre les tissus mis en contact, tissus contenant des solutions organiques diverses. Il affirme en octobre 1795, que les conducteurs "de la seconde classe" - c'est-à-dire les tissus organiques humides (nerf ou muscle) - peuvent également être "moteurs" de l'électricité. Cette généralisation de sa théorie du contact lui permet de répondre aux galvanistes : c'est la différence des conducteurs qui est essentielle, que ces conducteurs soient des métaux ("première classe") ou des tissus humides ("deuxième classe"). Il n'y a qu'une différence de degré entre les deux cas, le contact de deux conducteurs "de seconde classe" produisant des effets électriques beaucoup plus faibles.


Différentes combinaisons de conducteurs de nature diverse. Les majuscules désignent des "conducteurs de la première classe" (métaux), les minuscules ceux de la "deuxième classe" (conducteurs humides).
(Alessandro Volta, Collezione dell'opere del cavaliere Volta. Florence, 1816, t. II.)

A ce stade de la controverse, il était difficile de départager les deux interprétations dans la mesure où seul un corps organique (langue, grenouille) est assez sensible pour détecter les effets électriques très faibles mis en jeu, effets de l'électricité animale selon Galvani, effets de l'hétérogénéité des conducteurs selon Volta.

Exclure l'organisme animal de l'expérience : une expérience "cruciale" de Volta (1796-97)

Volta avait mis au point un instrument très sensible, son électromètre condensateur, pour détecter les faibles tensions électriques. En 1797 il décrit de longues et délicates expériences avec cet électromètre qui, affirme-t-il, mettent en évidence les tensions provoquées par le simple contact entre deux métaux différents :

"En vérité obtenir une production d'électricité par le seul contact entre des métaux est une chose tout-à- fait surprenante et tous les savants auxquels j'ai montré ces expériences ont été frappés d'un grand étonnement."

Plus aucun corps organique n'est mis en jeu dans cette expérience. Volta a replacé le débat sur son terrain, celui de la physique. C'est, à ses yeux et à ceux de ses partisans, une expérience cruciale. Cependant l'expérience est très délicate, trop pour les anatomistes, et son résultat fut mis en doute, des phénomènes parasites furent invoqués.

L'électroscope-condensateur avec lequel Volta affirme pouvoir mettre en évidence l'électricité produite par le contact entre deux disques de métaux différents m et n. "Cette figure met tout sous les yeux"... écrit-il à Mascheroni le 23 mars 1799 dans la lettre d'où cette figure est extraite.

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Expérience cruciale de Galvani contre expérience cruciale de Volta (1797)                

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Entre-temps les défenseurs de l'électricité animale ne sont pas restés inactifs. Ainsi, Alexander von Humboldt confirme les observations de Galvani sur les contractions en l'absence de métaux. Et surtout, il provoque un mouvement par la mise en contact des deux extrémités d'un morceau de muscle avec deux points d'un nerf crural. Les deux contacts sont donc ici de même nature et la "différence des conducteurs" invoquée par Volta n'intervient pas.

 

Marc Sirol, Galvani et le galvanisme, Paris, 1939.

Dans un mémoire adressé en 1797 au célèbre naturaliste Lazzaro Spallanzani, professeur comme Volta à l'université de Pavie, Galvani propose lui aussi une expérience "cruciale" :

"Pour dissiper totalement cette ombre de doute, j'ai fait l'expérience suivante. J'ai préparé l'animal de la manière habituelle ; j'ai coupé chaque nerf sciatique à sa jonction avec la moelle épinière ; puis j'ai coupé, et séparé les deux pattes, de telle sorte que chacune d'elle restât seulement avec son nerf correspondant ; j'ai plié ensuite le nerf de l'une pour former une sorte de petit arc, et soulevé le nerf de l'autre avec l'habituelle petite baguette de verre, et l'ai mis en contact avec le premier arc nerveux, en prenant soin que le deuxième nerf le touchât en deux points, et que l'extrémité de ce nerf soit l'un des deux points. J'ai vu bouger la patte dont je faisais tomber le nerf sur le nerf de l'autre, parfois également j'ai vu bouger les deux, et l'expérience a encore réussi quand elles étaient complètement isolées et n'avaient entre elles aucun autre contact que celui des nerfs. Or quelle hétérogénéité peut-on revendiquer ici pour expliquer les contractions, alors que seuls les nerfs viennent en contact mutuel ? [..] ces contractions sont par conséquent produites par le cercle parcouru par l'électricité intrinsèque de l'animal, électricité qui, à l'état naturel, se trouve en déséquilibre."

Un dernier doute pourrait subsister, ajoute cependant Galvani : si ces contractions sont indubitablement dues à l'électricité animale, celles obtenues à l'aide de métaux dissemblables, pourraient être "considérées comme relevant de l'électricité ordinaire".

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Marc Sirol, Galvani et le galvanisme,
Paris, 1939.

"Une telle supposition aurait mis d'accord l'opinion de Monsieur Volta avec la mienne, et l'une n'aurait pas détruit l'autre."

La question est posée, mais la suite du mémoire de Galvani est une longue réfutation des arguments de Volta sur le rôle moteur de l'hétérogénéité des conducteurs.

Galvani et l'organe électrique de la torpille

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Galvani désirait "depuis longtemps pouvoir étudier et discuter de cette même électricité dans l'un des animaux où cette électricité, et le cercle qu'elle parcourt, étaient incontestables". Il s'agit de la torpille, sur laquelle il a enfin l'occasion d'expérimenter lors d'un séjour sur l'Adriatique en 1795.

Dans un autre mémoire à Spallanzani, Galvani décrit très précisément les organes électriques de l'animal :

"... cette électricité si puissante est produite et s'accumule dans l'animal par l'intermédiaire de deux corps d'une structure particulière, appelés corps ou organes électriques, composés d'un très grand nombre de prismes hexagonaux, eux-mêmes formés d'innombrables petits hexagones plats, les uns au-dessus des autres dans un ordre admirable..."

Dans la suite de son mémoire Galvani s'interroge sur les parentés et les différences entre les trois types d'électricité : l'électricité animale produite par l'organe électrique de la torpille, l'électricité animale commune à tous les animaux, et l'électricité ordinaire produite par le frottement.

 

 

R.A. de Réaumur. Des effets que produit le poisson appellé en français torpille, ou tremble, sur ceux qui le touchent ; et de la cause dont ils dépendent. Histoire et Mémoires de l'Académie des sciences, 1714, p. 360-361.

"Guerre scientifique" et guerres napoléoniennes

Electricité métallique contre électricité animale, la controverse d'abord limitée entre Bologne et Pavie, est devenue une "guerre scientifique" à travers l'Europe. Ainsi à Londres se sont formées une société voltaïque et une société galvanique qui s'affrontent.

Fin 1796, une autre guerre est lancée. Les armées révolutionnaires françaises envahissent l'Italie et en 1798 Bonaparte exige un serment d'allégeance de tous les fonctionnaires de la nouvelle République cisalpine qu'il vient de créer en Italie du nord. Galvani, à la différence de Volta, refuse de prêter serment, il perd son poste à l'Université et sa résidence. Il meurt peu après, en 1798. Mais son neveu Giovanni Aldini poursuit la controverse avec une grande vigueur. Il voyage en France et en Angleterre, les contacts internationaux se maintenant entre les savants malgré les conflits militaires et politiques.

De l'organe électrique de la torpille à la pile de Volta (1799-1800)

Grenouille, langue, électromètre spécial... les détecteurs sensibles à l'électricité dite métallique ou animale ne sont pas légion. Volta cherche à obtenir une tension plus élevée, et donc plus facile à mettre en évidence, par toutes sortes de combinaisons. Comment imagine-t-il, à la fin de 1799, le dispositif qui le rendra célèbre et qui manifeste aux yeux de tous la production d'une électricité qui ne doit rien à l'organisme vivant ? Il semble bien, paradoxalement, que l'électricité animale ait joué un rôle important dans l'invention du dispositif destiné à en combattre la thèse.

En effet Galvani décrivait les "innombrables petits hexagones plats" placés "les uns au-dessus des autres dans un ordre admirable" à l'intérieur de l'organe électrique de la torpille. Or l'empilement que Volta décrit (en français) dans sa célèbre lettre de mars 1800 à Joseph Banks, président de la Royal Society, reproduit, souligne-t-il, la structure et les effets de l'organe électrique de la torpille. Pour cet empilement, constitué de disques de métaux et de disques de carton humide, il a recherché le meilleur choix de métaux : "disques de cuivre, ou mieux d'argent" et "plaques d'étain, ou ce qui est beaucoup mieux, de zinc", et le meilleur choix de "l'humeur" : eau salée imprégnant "quelque matière spongieuse".

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Manuscrit de la lettre de Volta à Joseph Banks,
23 mars 1800.

"Ayant sous ma main toutes ces pièces en bon état, c'est-à-dire les disques métalliques bien propres et secs et les autres non métalliques bien imbibés [...] d'eau salée, et essuyés ensuite légèrement pour que l'humeur n'en dégoutte pas, je n'ai plus qu'à les arranger comme il convient.
Je pose donc horizontalement sur une table ou base quelconque un des plateaux métalliques, par exemple un d'argent, et sur ce premier j'en adapte un de zinc ; sur ce second, je couche un des disques mouillés, puis un autre plateau d'argent, suivi immédiatement d'un autre de zinc, auquel je fais succéder encore un disque mouillé. Je continue ainsi de la même façon, accouplant un plateau d'argent avec un de zinc, et toujours dans le même sens, c'est-à-dire toujours l'argent dessous et le zinc dessus, ou vice-versa, selon que j'ai commencé, et interposant à chacun de ces couples un disque mouillé : je continue, dis-je, à former de ces étages une colonne aussi haute qu'elle peut se soutenir sans s'écrouler.
Or, si elle parvient à contenir environ vingt de ces étages ou couples de métaux,, elle sera déjà capable, non seulement de [...] charger un condensateur au point de lui faire donner une étincelle, mais aussi de frapper les doigts avec lesquels on vient toucher ses deux extrémités."

[Voir la vidéo La pile de Volta a encore frappé a7ec50d516ed625b786591b18bd05cb2.gif]

Exercice : Deux des rondelles métalliques citées dans cet extrait sont superflues. Cela témoigne de l' erreur d'interprétation de Volta, déjà signalée plus haut dans l'un des "Qu'en dit la science aujourd'hui ?". Quelle est cette erreur ?
[Voir la page 0e0cee8198fad40c939e1a370418429b.gif Exercice : l'erreur de Volta ?]

Qu'en dit la science d'aujourd'hui ?
 
Volta avait associé en série une vingtaine d'éléments délivrant environ un volt chacun, produisant ainsi une tension d'une vingtaine de volts. Si l'on construit une pile, à l'image de celle que décrit Volta, avec des disques de quelques centimètres de diamètre, et si l'on touche simultanément, après avoir mouillé ses doigts, les disques extrêmes, la sensation ressentie est faible.
Aussi, ajoute Volta, "j'ai cherché les moyens d'allonger beaucoup [la colonne] en multipliant les plateaux métalliques sans qu'elle s'écroulât".
Il met ainsi en série quatre colonnes identiques comme on le voit sur la gravure illustrant sa lettre à Banks [ci-dessus]. Si chaque colonne est composée de 20 éléments, l'ensemble fournit donc environ 80 volts et la commotion est plus importante.
Il faut aussi, insiste Volta, que "les surfaces [des disques mouillés] soient bien collées aux surfaces des plateaux métalliques" car ces disques de carton humidifié "sont des conducteurs beaucoup moins parfaits, et, par conséquent, ont besoin d'un ample contact avec les conducteurs métalliques".
En termes modernes, ces disques sont en effet responsables de la résistance interne r de la pile. Or l'intensité du courant qui provoque la commotion, lorsqu'on touche les deux extrémités de la pile, est donnée par I = E /(r + R)
• E est la force électromotrice de la pile, donc voisine de 80 volts
• R est la résistance électrique du parcours à travers le corps humain.
Pour augmenter l'intensité du courant, il faut donc minimiser r et R. On minimise R en augmentant les surfaces de peau mouillée mises en contact avec les extrémités de la pile, comme le prescrit Volta.
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La pile de Volta, un "classique" dans les collections de lycées au XIXe siècle. Les trois tiges de verre permettent, comme dit Volta, de multiplier les plateaux métalliques sans que la colonne ne s'écroule.
(Lycée Emile-Zola, Rennes)

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Les secousses provoquées par la pile sont très modestes par rapport aux violentes "châtaignes" que produisent les bouteilles de Leyde chargées par les machines électriques à frottement ! Mais après la décharge les bouteilles sont, comme le dit bien le mot, déchargées ! En revanche, au grand émerveillement de Volta, son assemblage persiste à le "frapper [...] d'un ou de plusieurs petits coups et plus ou moins fréquents suivant qu'on réitère ces contacts".

Fin 1801 Volta présente sa pile devant l'Académie des Sciences en trois séances triomphales, en présence de Napoléon Bonaparte qui lui fait décerner une médaille d'or, tandis que physiciens et chimistes à travers l'Europe expérimentent déjà avec des copies ou des variantes du modèle historique de mars 1800.



Un moyen de rendre sensible la tension d'une pile de Volta de 20 volts consiste à l'utiliser pour charger un condensateur, puis à décharger le condensateur entre ses mains. Le condensateur est alors équivalent à un générateur de 20 volts et de résistance interne nulle. C'est ce que va faire, sur cette gravure, le personnage qui tient un récipient de verre rempli d'eau et recouvert extérieurement de métal, ce qui en fait un condensateur.
(Pierre Sue, Histoire du galvanisme (1802-1805, 4 vol.), t. 2.)

Un étonnant "électromoteur"

"Il faut donner de nouveaux noms à des instruments nouveaux", écrit Volta en fin connaisseur des méthodes de diffusion des savoirs comme des objets, et il désigne par "appareil électromoteur" l'assemblage auquel on a donné ensuite le nom de pile.

Qu'en dit la science d'aujourd'hui ?
La notion "d'électromoteur" n'a pas disparu de la physique contemporaine, et l'on appelle toujours - trace de l'histoire - "force électromotrice" (fem) la tension que l'on mesure entre les bornes d'un générateur en circuit ouvert. Cette dénomination est impropre car ce n'est pas une force mais une tension électrique.

L'effet de cet électromoteur sur le corps humain peut être prolongé à volonté, pouvant aller jusqu'à infliger "une cuisson, non seulement continuée, mais qui va toujours en augmentant, au point de devenir en peu de temps insupportable, et qui ne cesse qu'en interrompant le cercle [le circuit conducteur]". C'est la preuve aux yeux de Volta de "la continuation du courant électrique", même si "cette circulation sans fin du fluide électrique, (ce mouvement perpétuel), peut paraître paradoxe".

Une autre nouveauté extraordinaire sur laquelle insiste Volta dès le début de sa lettre, est que son appareil ne comporte que des conducteurs, alors que la production d'électricité était jusque-là l'apanage des corps isolants (que l'on appelait précisément pour cette raison des corps électriques). [Voir la page Des machines à frotter]. De même le "stockage" d'électricité, dans les condensateurs, exigeait la présence d'une ou plusieurs lames isolantes. C'est pourquoi certains physiciens s'étaient efforcés d'interpréter la production et l'accumulation d'électricité dans l'organe électrique de la torpille au moyen d'hypothèses peu satisfaisantes faisant appel à des feuillets isolants. Mais, insiste Volta, cet organe est "formé uniquement de substances conductrices". Et c'est en conclusion de sa lettre à Banks qu'il répond à la question

" A quelle électricité donc, à quel instrument, doit-il être comparé, cet organe de la torpille, de l'anguille tremblante, etc.?
A celui que je viens de construire, d'après le nouveau principe d'électricité que j'ai découvert il y a quelques années, et que mes expériences successives, surtout celles qui m'occupent maintenant, ont si bien confirmé, savoir, que les conducteurs sont aussi, dans certains cas, moteurs d'électricité, dans le cas du contact mutuel de ceux de différente espèce, etc., à cet appareil que j'ai nommé Organe électrique artificiel, et qui, étant dans le fond le même que l'organe naturel de la torpille, lui ressemble encore pour la forme, comme j'ai déjà avancé."

La pile, aboutissement de la controverse

Le projet de Volta est accompli : l'électricité animale est éliminée du champ de la science, c'est la victoire de l'électromètre sur le scalpel, du physicien sur le physiologiste. De fait, la controverse s'éteint, mais c'est un instrument et non une théorie, qui y met un terme. En effet, l'interprétation fournie par Volta - le simple contact entre deux métaux différents met en mouvement l'électricité - était inexacte. Les premiers pas dans la compréhension de la pile nécessiteront la contestation de cette hypothèse de Volta par les chimistes.

L'hypothèse de l'électricité animale est délaissée pendant trente ans, jusqu'à ce que des instruments très sensibles de mesure des courants permettent la naissance de l'électrophysiologie.

Pour en savoir plus

VOLTA, Alessandro. [article en français : Sur l'électricité excitée par le simple contact entre deux substances conductrices différentes] On the Electricity excited by the mere Contact of conducting Substances of different Kinds, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1800, vol. 90, p. 403–431. [voir le document]
VOLTA, Alessandro. On the Electricity excited by the mere Contact of conducting Substances of different Kinds, The Philosophical Magazine, 1800, vol. 7, p. 289-311. [voir le document]


DIBNER, Bern. Galvani - Volta. A controversy that led to the discovery of useful electricity, Norwalk: Burndy Library, 1952.
PERA, Marcello. The Ambiguous Frog : The Galvani-Volta Controversy on Animal Electricity, Princeton: Princeton University Press, 1996

Une bibliographie de "sources secondaires" sur l'histoire de l'électricité.



Mise en ligne : mars 2007 (dernière révision : septembre 2011)