Bouteille de Leyde

Un article du site scienceamusante.net.

La bouteille de Leyde (du nom de la ville où elle a été inventée) est un instrument utilisé au tout début de la découverte de l'électricité pour accumuler des charges électriques (électrons). C'est l'ancêtre du condensateur que nous connaissons maintenant. Elle est constituée :

  • d'une bouteille en verre épais, servant de matériau diélectrique (isolant),
  • de deux surfaces métalliques (aluminium, laiton...), l'une recouvrant l'extérieur de la bouteille, l'autre l'intérieur, ces deux surfaces étant face à face de part et d'autre du verre,
  • d'une électrode terminée par une boule, dont la tige traverse le bouchon isolant (liège) et vient en contact avec la couche métallique intérieure.

1 Fabrication

Schéma de coupe d'une bouteille de Leyde.
  • N'importe quel bocal en verre, de n'importe quelle taille, mais de préférence cylindrique (bocal à cornichon, etc.), peut être utilisé. Bien le nettoyer et le sécher.
  • Il est très pratique d'utiliser du scotch en aluminium que l'on trouve en magasin de bricolage, pour réaliser les deux surfaces métalliques, intérieure et extérieure. Plus grande est la surface, plus grande sera la capacité de la bouteille. (Capacité est à comprendre en terme de capacité de condensateur et non en terme de volume de bouteille !) Attention, les deux surfaces métalliques ne doivent pas s'approcher trop près de l'ouverture du flacon : le mieux est de se limiter au haut du flacon, avant son rétrécissement vers l'ouverture.
  • Pour le bouchon, on peut utiliser n'importe quel matériau isolant épais : bouchon de liège bien sec, bouchon découpé dans un bloc de polystyrène épais, ou autre plastique.
  • Pour l'électrode centrale, une poignée de placard en forme de boule bien lisse est l'idéal : on en trouve en laiton ou en inox. L'important est qu'elle soit parfaitement lisse, ce qui évitera des effets de pointe à petite échelle qui feraient fuir les électrons accumulés. Il est monté sur une longue vis servant de tige. Sur cette vis, on attache une chaînette qui sera en contact avec la couche métallique intérieure. On peut aussi bourrer la bouteille de papier aluminium chiffonné, qui assurera le contact entre la couche métallique et la vis. Dans les bouteilles de Leyde d'époque, on utilisait aussi de l'eau salée pour assurer le contact (ce qui est moins pratique d'utilisation et plus lourd).
  • Il est important de fabriquer aussi un système de décharge avec manche isolé, de manière à décharger complètement la bouteille. Pour cela, il suffit d'utiliser un fil électrique rigide courbé, pouvant faire contact entre la couche métallique extérieure et l'électrode centrale. Le fil doit être fixé à l'extrémité d'une tige isolante (plastique ou bois). Le court-circuit provoque un éclair.

2 Précautions d'utilisation

Danger électrique
  • Attention : une bouteille de Leyde peut accumuler une grande charge électrique ! Une fois la capacité de la bouteille atteinte, celle-ci peut se décharger instantanément en produisant un arc électrique (éclair) de grande énergie.
  • Cette énergie peut provoquer un choc électrique mortel chez des personnes et ou des animaux, et peut endommager de manière irréversible des appareils électroniques, électriques, cartes à puce, etc.
  • Ne jamais manipuler de bouteille de Leyde et de générateur électrostatique, sans une connaissance parfaite des risques.
  • En cas de fibrillation cardiaque ou de malaise, contacter les urgences médicales.
  • Toujours décharger complètement et plusieurs fois vos bouteilles de Leyde en fin d'expérience, à l'aide du fil de court-circuit.

3 Utilisation

  • Charge :
    • Pour charger (remplir) la bouteille de Leyde, relier la couche extérieure à l'une des bornes d'un générateur électrostatique, et l'électrode centrale à l'autre borne du générateur.
    • Attendre un certain temps, jusqu'à ce que la capacité soit atteinte. On ne peut pas savoir quand la bouteille est complètement chargée ! Tout dépend de votre bouteille. Seule l'expérience répétée vous indiquera si vous avez atteint ce point. Au-delà de la charge maximale, la bouteille se décharge en produisant un arc électrique puissant (bleu clair). Des bruits de crépitement peuvent s'entendre quand la bouteille atteint sa charge maximale : le bruit est celui des électrons qui fuient d'une électrode à l'autre et indique souvent qu'une décharge est imminente.
  • Persistance de la charge :
    • Si votre bouteille est bien isolée, c'est-à-dire qu'il n'y a aucune fuite d'électrons possible entre la couche extérieure et l'électrode centrale (ou la couche intérieure), alors la charge devrait pourvoir se conserver plusieurs minutes.
    • Au bout de 5 minutes, tester avec le fil de décharge si la bouteille est toujours chargée.
    • Recharger la bouteille et tester avec le fil de décharge au bout de 10 min. Ainsi de suite...
    • La qualité de votre bouteille est aussi liée à la qualité du matériau diélectrique (isolant) qui constitue la bouteille : le verre est un très bon diélectrique, de même que certains plastiques.
  • Décharge :
    • Approcher le fil de décharge de la couche extérieure et de la boule centrale. Plusieurs éclairs bleus doivent se produire.
    • Répéter l'opération plusieurs fois, car la décharge n'est pas toujours totale en une seule fois.
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