Dès le XVIIIe siècle, les scientifiques commencent à comprendre les phénomènes électriques. La seconde révolution industrielle n’aurait très probablement pas eu lieu sans l’électricité ! Ses sources sont multiples : centrales thermiques, centrales hydro-électriques, centrales nucléaires, éoliennes, panneaux solaires, …
L’électricité en bref
Le courant électrique nous permet de démarrer notre voiture, d’éclairer les rues et les maisons, de faire tourner des moteurs, de chauffer l’eau,…Mais de quoi s’agit-il vraiment ?
L’électricité est une forme d’énergie invisible. Nous ne pouvons en observer que les effets : l’ampoule qui brille ou le moteur qui tourne. Un coup d’œil dans le monde des atomes nous dévoile la nature de l’électricité. Chaque objet, qu’il s’agisse d’un fruit, de métal, d’une batterie, de notre peau ou d’un ordinateur est constitué de milliards d’atomes. Si l’objet a autant de charges négatives que de charges positives, il est en équilibre électriquement neutre. L’électricité est produite lorsque cet équilibre de charges est rompu : des électrons libérés et la partie restante, donc positive de l’atome, créent une différence de potentiel entre eux. Si on crée une connexion entre les deux pôles, les électrons migrent très rapidement vers leurs « frères » positifs. Ils se relient à ceux-ci jusqu’à ce que l’équilibre des charges soit rétabli. Le flux d’électrons est appelé le courant électrique.
Courant électrique et énergie électrostatique
Ne confondez pas courant électrique et énergie électrostatique ! Deux objets qui ont la même charge se repoussent. Deux objets à charge opposée s’attirent. Cette énergie électrostatique est par exemple obtenue en frottant un ballon contre les cheveux.
Vous avez probablement déjà eu une décharge en touchant une rampe d’escalier en métal. Que se passe-t-il ? Lorsque vous marchez sur un tapis, vos vêtements se chargent en énergie électrostatique. Lorsque vous touchez ensuite une rampe métallique, ces charges sont attirées par le conducteur, la rampe. Elles se déplacent donc de vos vêtements à travers votre corps vers la rampe puis dans le sol. Il se crée un courant électrique que vous ressentez comme un picotement dans les doigts.
Courant continu ou courant alternatif ?
Le courant est soit continu, soit alternatif. Une pile fournit du courant continu : les électrons se déplacent toujours dans le même sens parce qu’ils sont libérés par une réaction chimique. La dynamo de Gramme engendre également un courant continu ! Une génératrice crée normalement du courant alternatif : les électrons se déplacent dans un sens puis dans l’autre. Le courant continu est connu et utilisé depuis bien plus longtemps que le courant alternatif.
Accumulateurs
Un accumulateur est destiné à stocker de l'énergie pour restituer du courant électrique à tout moment.L’accumulateur au plomb a été inventé par Gaston Planté en 1859. Tudor en a amélioré les performances et l’a rendu utilisable.
Les améliorations apportées par Henri Tudor
Henri Tudor a remplacé les électrodes en plomb enroulées en spirale par des électrodes plates à rainures profondes. Ces plaques ont une surface active 7 à 9 fois plus élevée que les électrodes plates ; il les a appelées électrodes à grande surface. Elles sont aussi plus épaisses, ce qui augmente leur conductivité, résistent aux déformations et sont tartinées avec de la poudre d’oxydes de plomb. La nouveauté de l’accumulateur Tudor par rapport à ceux à électrodes cylindriques ou plates est qu’il est beaucoup plus efficace et fiable temps de charge largement réduit est durée de vie extrêmement longue. Elle peut atteindre 25 ans !
Tout au cours de leurs activités, les frères Tudor améliorent la qualité de leurs électrodes : plaques à nervures horizontales et verticales, plaque unitaire positive servant à composer des électrodes multiples pour avoir plus de puissance, simplification de la fabrication et amélioration considérable des électrodes positives par l’élimination du tartinage,… Cette simplification rend les électrodes plus légères, plus fiables et fait baisser leur prix de fabrication. Pour améliorer les électrodes négatives, les frères Tudor s’arrangent avec des détenteurs de brevets et trouvent une solution au problème de leur perte de capacité.
La commercialisation
Le nom de Tudor est synonyme de qualité ! Ses accumulateurs n’ont pas uniquement été utilisés pour des systèmes d’éclairage. L’AFA résultant d’une association des frères Tudor, Büsche et Müller et d’autres firmes allemandes en ont vendus pour la première locomotive pour la mine de Kray, pour le premier tramway allemand à Hagen, pour l’expédition polaire du norvégien Fridtjof Nansen,…L’AFA a aussi participé à l’armement de guerre pour la Première Guerre mondiale. On retrouvait des accumulateurs Tudor adaptés aux conditions de navigation en haute mer dans les sous-marins suédois puis allemands et français.
L’accumulateur au plomb-acide est le plus ancien, mais pendant la deuxième moitié du XXe siècle, il est petit à petit en concurrence avec d’autres types d’accumulateurs, l’accumulateur nickel-cadmium. Il ne nécessite pas d’entretien et il est parfaitement transportable. Les accumulateurs NiMH et au lithium quant à eux servent souvent à alimenter les appareils électroniques.
L’historique de l’électricité
Au VIe siècle avant J-C, le mathématicien grec Thalès de Milet observe qu’un morceau d’ambre jaune frotté fortement avec de la laine ou de la fourrure attire des objets légers comme les plumes, les brins de paille ou les petits morceaux de bois. Il s'agit de la première documentation connue de la présence d’énergie électrostatique. Le terme électricité vient d’ailleurs du grec où elektron signifie ambre.
En 1733, les charges positives et négatives et leurs interactions sont découvertes par Charles-François de Cisternay Du Fay. Plus tard, Coulomb en énonce les premières lois physiques.
L'accumulateur
Notons que vers 1887, moment où Tudor dépose son brevet pour sa technique, Charles F. Brush en dépose un très comparable aux Etats-Unis, d’où les difficultés à Tudor de vendre ses accumulateurs aux Etats-Unis. Au XIXe siècle, l’utilisation de la dynamo et de l’accumulateur est inévitable dans la vie de tous les jours: p.ex. éclairage des villes, tâches difficiles physiquement, voitures,... La vie sans électricité serait impensable aujourd'hui. Pas de réfrigérateur, pas d'ordinateur, pas d'éclairage, ...
Les premières inventions
Au cours du XVIIIe siècle, les scientifiques commencent à comprendre l’origine et les propriétés du courant électrique. Volta invente par exemple la pile électrique. En 1868 Gramme construit la première dynamo et une année plus tard, Swan crée une ampoule électrique, commercialisée ensuite par Edison. Depuis, les inventions autour de l’électricité ne cessent de se succéder.