Chimie et chimistes

Charles Augustin de Coulomb
La balance à torsion

par Marie-Michelle Brulotte

L'univers ainsi que les objets et phénomènes qui nous entourent constituent pour certaines gens des mystères. Bien sûr, beaucoup de ces mystères ont été élucidés par plusieurs personnes qui ont passé leur vie à la recherche de solutions pouvant expliquer ces étrangetés. Ce fut le cas pour les scientifiques qui étudièrent le phénomène de l'électrostatique et du magnétisme. L'un d'entre eux se démarqua davantage: il s'agit de Charles de Coulomb, qui formula nombre de théories sur le sujet. Alors voici sa biographie, ses découvertes et l'impact qu'elles ont eu sur le monde de la chimie et sur notre vie d'aujourd'hui.

Charles Augustin de Coulomb est né le 14 juin 1736 à Angoulême. Son père, Henry Coulomb, était à cette époque Inspecteur des Domaines du Roy. Depuis son plus jeune âge, Charles manifestait beaucoup d'intérêt pour les mathématiques, ce qui le mit en conflit avec sa mère qui le voulait médecin; à la suite de cet incident, il refusa toute aide financière de sa famille, noble de surcroît. En 1760, il obtint le grade de lieutenant en second à l'École de génie de Mézières après avoir été dans l'armée du Corps Royal et Militaire du Génie. Le 12 novembre 1761, il fut reçu Ingénieur ordinaire du roi Louis XV. Il mena une carrière d'ingénieur militaire où il participa à plusieurs constructions, dont celle du Fort Bourbon aux Antilles. En 1773, hormis l'élaboration d'une théorie sur la résistance des matériaux, il écrivit un mémoire de mécanique appliquée qui lui valut d'être le correspondant et le collaborateur de Charles Bossut à l'Académie des sciences. Avec Van Swinden, il gagna en 1779 le prix de l'Académie des sciences parce qu'ils avaient trouvé la meilleure façon de fabriquer des aiguilles aimantées.

Cependant, ce fut à partir de 1777 que ses découvertes le menèrent loin, lorsqu'il fabriqua la balance à torsion. À partir de cette balance, il fit des recherches sur la force de torsion et l'élasticité des fils de métal et il formula de plus les lois de la torsion en 1784. Il publia trois mémoires en 1785: les deux premiers traitaient des forces d'attraction et de répulsion entre des corps électrisés, et le troisième abordait la perte de charge de corps électrisés dans l'air humide. De 1786 à 1788, il travailla aux phénomènes de blindage électrique et fit des expériences sur l'électrisation superficielle. C'est à partir de 1789 qu'il introduisit la notion de mouvement magnétique; mais la Révolution s'installa et il dut s'enfuir à Blois. En 1796, il reprend ses travaux et en 1800, suite à l'étude de la notion du moment magnétique, il démontra qu'une aiguille aimantée perd tout magnétisme vers les 700 °Celsius. Durant le Directoire, Bonaparte le chargea de mettre en place un nouveau système éducatif et fit de lui l'Inspecteur général de l'Instruction publique en 1802. Son dernier mémoire fut écrit en 1806, cette même année où il mourut à l'âge de 70 ans à Paris.

Longtemps, Charles de Coulomb, comme on l'a vu, mena beaucoup de recherches et d'expériences sur les matériaux, le magnétisme et l'électrostatique (les charges électriques). Sa découverte la plus importante fut sans doute les lois de base de l'électrostatique alors qu'il formula la loi dite de «Coulomb» qui démontre que les forces et les charges électriques se répartissent sur la surface des conducteurs. Il a établi cette loi grâce à la mise au point de sa balance à torsion. Dans un langage plus scientifique, la force électrostatique est proportionnelle au produit de charge divisé par le carré de leur distance. Cette loi fut introduite à l'aide des lois quantitatives d'attractions électrostatiques et magnétiques qu'il avait créées, soit :

Fe = (K x q1 x q2) / r2
                et
Fm = (K x m1 x m2) / r2

F : C'est la force exercée entre deux charges électriques q1 et q2 ou deux pôles magnétiques m1 et m2.
R : C'est la distance entre les deux pôles ou deux charges électriques.
K : C'est une constante qui est aussi appelée constante diélectrique.

Il vérifiait ces lois différemment, mais toujours avec la balance à torsion, et plus tard, avec des théories plus poussées, il introduisit la notion de masse électrique. Avant que Coulomb n'émette ses théories, on savait qu'il existait des natures différentes à l'électricité: elle était toujours conservée, certains matériaux (les conducteurs) pouvaient la transporter, des charges de même polarité se repoussent et des charges opposées s'attirent. Les théories dans ce domaine se basaient toutes sur la loi de Newton, loi universelle de la gravitation, soit «l'intensité de l'attraction gravitationnelle entre deux corps est proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare». Quant à la loi de Coulomb, elle se définit ainsi: «l'intensité de la force électrique entre deux corps est proportionnelle au produit de leur charge électrique et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare». Si nous les comparons, nous pouvons penser que ces deux lois sont pareilles, mais elles ne le sont pas. Dans la première, il est question de masse et dans la deuxième, de charge électrique. Ce détail montre que Coulomb a apporté un nouveau point, car la masse se dit toujours positive alors que la charge électrique se dit positive et négative.

De nos jours, plusieurs théories chimiques sont largement utilisées, comme la loi de Hess dont on se sert pour éviter de faire des expériences irréalisables à l'école. Et bien, la théorie de Charles de Coulomb s'emploie beaucoup de nos jours aussi, surtout par une compagnie que nous connaissons pour ses factures salées… Hydro-Québec. L'une des meilleures façons pour elle de calculer la quantité d'électricité consommée est le kilowattheure, c'est-à-dire volts x coulombs/seconde x heure divisé par 1 000. On utilise une unité de base (le coulomb) qui correspond à un nombre déterminé d'électrons et qui équivaut à environ 6,2 x 1018 électrons (une unité de quantité). C'est le nombre de coulombs qui passent dans une matière en un temps donné qui est calculé, pour ce qui est du courant qui arrive à nos maisons. Habituellement, on calcule le courant électrique en ampère, qui équivaut à un coulomb par seconde, donc l'une ou l'autre des deux unités reste acceptable. Charles nous fit donc comprendre ce qu'est l'électricité et de quoi elle est composée et, sans le savoir, il nous a permis de définir ce qu'est le potentiel électrique. Ses recherches, bien sûr, ont modifié bien des croyances chez les chimistes et les physiciens de ce temps, qui se basaient sur la loi newtonienne ou loi universelle.

Finalement, Charles de Coulomb nous a fait découvrir l'importance de la physique et de ses nombreuses applications et ses théories nous ont menés à faire un pas de plus dans l'évolution énergétique. Après sa mort, un dénommé Siméon-Denis Poisson (1781-1840) reprit ses données de recherches sur l'électrostatique et le magnétisme et les expérimenta un peu plus. Si, à son époque, il a pu élaborer des théories dans le domaine électrique, et bien les chercheurs d'aujourd'hui vont peut-être finir par trouver une nouvelle façon d'éclairer nos maisons sans électricité...




Bibliographie

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Recherche : Marie-Michelle Brulotte, Centre Le Goéland, Sherbrooke (Québec), CANADA.
Validation du contenu : Marc Richard
Révision linguistique : Béatrice Migneault
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