Une découverte quantique majeure cachée dans une invention de Thomas Edison datant de 1897

Un lien inattendu entre le XIXe siècle et la physique quantique

Il est fascinant de constater comment l’histoire des sciences peut parfois bégayer, ou du moins offrir des solutions modernes à partir de problèmes anciens. Une découverte récente a mis en lumière un lien surprenant entre les travaux de Thomas Edison, figure emblématique de l’invention américaine, et les besoins de pointe de la physique actuelle. Un étudiant diplômé de l’Université Rice, Lucas Eddy, a mis au point une nouvelle méthode pour générer du graphène, une variété de carbone extrêmement convoitée, en étudiant un brevet déposé par Edison il y a plus d’un siècle.

Le point de départ de cette innovation réside dans le filament de carbone utilisé par l’inventeur lors de ses expériences sur les ampoules électriques en 1897. Ce composant spécifique générait la quantité précise de chaleur nécessaire pour produire du graphène. Cette substance est aujourd’hui vitale pour l’expérimentation en physique quantique et trouvera probablement des applications cruciales dans le domaine des supercalculateurs et du stockage d’énergie.

Bien que Thomas Edison n’ait jamais eu connaissance de cette capacité de son vivant, son expérience de 13 heures, minutieusement documentée à l’époque, offre encore aujourd’hui de nouvelles pistes d’innovation. C’est un chapitre secret de l’histoire américaine qui s’ouvre, révélant que l’inventeur a accidentellement créé quelque chose dont l’existence ne serait confirmée que près d’un siècle après sa mort.

La quête complexe du graphène

Comme le notait récemment IFLScience, le graphène est une forme de carbone hautement recherchée. Son utilité avérée dans les expériences de physique quantique, ainsi que son utilisation anticipée dans le stockage d’énergie et le calcul haute performance, ont créé un besoin pressant : celui de générer ce matériau rapidement et à moindre coût. La méthode actuelle est cependant loin d’être simple.

Selon les explications fournies par IFLScience, la méthode la plus courante pour produire du graphène turbostratique consiste à appliquer une tension aux bornes d’une résistance à base de carbone, et nécessite un chauffage à au moins 2 000 °C (3 600 °F). Ces contraintes techniques rendent la production de masse complexe et énergivore, poussant les chercheurs à explorer des alternatives plus efficientes.

C’est dans ce contexte que Lucas Eddy, étudiant diplômé à l’Université Rice, s’est lancé à la recherche d’une méthode plus efficace. Ses investigations l’ont mené à explorer des pistes très variées, parfois surprenantes. Comme il l’a raconté dans un communiqué de presse de l’université : Je regardais tout, des postes à souder à l’arc, qui étaient plus efficaces que tout ce que j’avais jamais construit, aux arbres frappés par la foudre, qui étaient des impasses totales.

Retour aux sources dans le New Jersey

Il s’est avéré que pour trouver sa solution, Lucas Eddy devait tourner son regard vers une maison orange distincte située dans le New Jersey et son laboratoire en briques rouges adjacent. L’inspiration est venue de l’histoire de l’électricité elle-même. Eddy cherchait à simplifier radicalement l’équipement nécessaire au processus.

Il relate son cheminement intellectuel en ces termes : J’essayais de trouver le plus petit et le plus simple équipement que l’on pourrait utiliser pour le chauffage flash par effet Joule, et je me suis souvenu que les premières ampoules utilisaient souvent des filaments à base de carbone. En effet, la conception originale de l’ampoule de Thomas Edison de 1879 était capable d’atteindre la température de 2 000 degrés Celsius nécessaire à la production de graphène.

La mécanique précise de l’ampoule était entièrement détaillée dans la demande de brevet originale d’Edison, offrant à l’étudiant une feuille de route technique précise à étudier. Ce retour aux documents d’archives allait s’avérer bien plus fructueux que l’étude des phénomènes naturels comme la foudre, permettant d’envisager une application pratique en laboratoire.

De l’ampoule vintage à la découverte scientifique

Toutefois, se procurer concrètement l’une de ces ampoules originales de style Edison s’est révélé plus délicat que prévu. L’Université Rice a noté que les premières tentatives d’Eddy pour se procurer une ampoule de style Edison se sont avérées infructueuses, les filaments de ‘carbone’ s’avérant être du tungstène déguisé. C’est finalement grâce à un petit magasin d’art à New York qui vendait de véritables ampoules de style Edison qu’il a pu obtenir ses sujets de test électriques.

Une fois l’ampoule connectée à une source d’électricité de 110 volts en courant continu, Eddy a déclenché une poussée d’énergie d’une durée de seulement 20 secondes. Il a alors observé le phénomène à travers un microscope optique : le filament est passé d’une couleur grise à un argent lustré. Cette transformation visuelle était le premier indice d’un changement structurel majeur du matériau.

Pour valider sa découverte, Eddy a analysé la substance transformée à l’aide de la spectroscopie Raman. Cette analyse a confirmé sans l’ombre d’un doute qu’il avait réussi à produire du graphène. Cette réussite démontre qu’un dispositif vieux de plus d’un siècle contenait, en germe, la capacité de produire un nanomatériau du futur.

Pourquoi Edison n’a-t-il rien vu ?

Il est crucial de noter une nuance importante : même si l’ampoule innovante d’Edison était capable de produire du graphène, cela ne signifie pas que l’inventeur en a lui-même produit ou qu’il en avait conscience. La chimie du carbone est sensible à la durée d’exposition à la chaleur. Le même filament qui se transformait en graphène après 20 secondes d’électricité pouvait devenir tout autre chose s’il était chauffé plus longtemps : du graphite.

L’expérience de l’ampoule menée par Edison est très bien documentée et l’histoire nous apprend qu’elle a duré 13 heures. En raison de cette exposition prolongée à la chaleur intense, il est presque certain qu’Edison avait entre les mains du graphite plutôt que du graphène. La fenêtre de tir pour obtenir le précieux matériau était trop courte pour être remarquée dans le cadre de ses essais d’endurance.

Néanmoins, l’expérience de Lucas Eddy ne propose pas seulement une nouvelle façon de produire une variété de carbone susceptible d’entraîner des innovations révolutionnaires pour le XXIe siècle. Elle prouve également que les innovations d’Edison, datant de plus d’un siècle, ont encore des enseignements à offrir aux chercheurs contemporains.

L’héritage complexe d’un inventeur prolifique

Thomas Edison a vécu une vie remarquable, riche en innovations. En tant qu’inventeur, on lui attribue la création de l’ampoule électrique, de la musique enregistrée et du cinéma. Il a détenu plus de 1 000 brevets et a été le pionnier du premier laboratoire de recherche industrielle. Il est également important de rectifier certaines rumeurs : malgré ce que l’on peut lire en ligne, il n’a pas techniquement assassiné un éléphant pour gagner une dispute. En revanche, il a peut-être essayé de parler aux fantômes.

La vie et l’héritage extraordinaires de Thomas Edison pourraient remplir des volumes entiers. Si son brevet d’ampoule a offert une nouvelle façon de générer du graphène, on peut légitimement se demander quelles autres innovations futures se cachent dans les plus de 1 000 brevets qu’il a à son nom. Peut-être que cette poupée parlante profondément effrayante qu’il a conçue détient, elle aussi, un secret alchimique.

Cette redécouverte souligne l’importance de revisiter les technologies du passé avec les outils d’analyse d’aujourd’hui. Le travail de Lucas Eddy rappelle que l’histoire des sciences n’est pas une ligne droite, mais un vaste réservoir d’idées où le passé et le futur se rencontrent parfois de manière spectaculaire.

Selon la source : popularmechanics.com

Créé par des humains, assisté par IA.