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Le métal est généralement plus dur que la roche, pourtant il ne sera jamais disque de diamant. Cette blague fonctionne bien mieux en anglais.

 Le terme métal désigne les atomes qui cèdent facilement un ou plusieurs électrons. Dans un objet métallique, tous les atomes qui le composent ont cette même tendance à perdre des électrons. Les atomes sont alors chargés positivement, on dit qu'ils se sont ionisés, tandis que les électrons, chargés négativement, se propagent en « sautant » d'atome en atome. On dit que ce sont des électrons libres. On pense spontanément aux métaux tels que le fer, le cuivre, l'or, mais il faut savoir qu'il en existe plein d'autres, et même certains que vous connaissez mais que vous n'auriez pas forcément inclus dans ce groupe : le calcium et le sodium sont des métaux. En fait, la plupart des éléments connus sont des métaux.



Pourquoi le métal est-il un bon conducteur électrique ?


Ah... Bonne question, mais je n'avais pas forcément prévu d'en parler, c'est un peu gênant. Laissez-moi juste consulter Wikip mes notes.

Tout ce qu'il faut savoir, c'est que sur un métal, il y a au moins un électron qui ne demande qu'à se faire la malle. Quand plusieurs atomes métalliques forment une masse solide, ils perdent des électrons et deviennent des cations, des ions chargés positivement. Les électrons se déplacent entre les ions, assurant la cohésion du solide grâce à leur charge négative.

Bien que parcouru par plein d'électrons, le métal n'a, dans l'ensemble, pas de courant électrique. Vous ne prendrez pas de jus en touchant un objet métallique comme une cuillère. Allez-y, n'ayez pas peur, touchez. Timmy, si tu t'approches du radiateur après t'être frotté sur ta polaire juste pour me donner tort, je m'occuperai de donner ton corps à la science.

T'as de la chance que le bonnet d'âne ne passe pas.

Si votre cuillère n'a pas de courant électrique, rien ne nous empêche de lui en donner. Branchons une anode (côté - d'une pile) sur un bout et une cathode (côté +) sur l'autre. L'anode envoie des électrons, sauf que le métal n'en veut pas. Comme le métal est bien élevé, et que quand on est bien élevé on ne refuse pas un cadeau, il les prend quand même. Mais au même moment, il va discrètement donner à la cathode le même nombre d'électrons qu'il a reçu. Comme l'anode continue de refiler des électrons au métal qui commence à se dire que la politesse ça va bien deux secondes, il transfère tout le surplus directement à la cathode. Le courant électrique, c'est ce qui se passe quand les électrons ne font plus des mouvements anarchiques, mais vont tous dans le même sens. Le courant électrique, c'est comme un courant d'eau ! Woah !


Pourquoi le métal est-il un bon conducteur thermique ?


Ça va ? Pas trop dur de trouver des questions originales ? En physique, la température s'exprime en Kelvin, de symbole K. Le premier qui m'écrit « degré Kelvin » ou « °K », je lui envoie mon chat sur la tronche. Mon chat est ceinture noire de karaté et doté d'une visée laser.



Le zéro absolu, soit 0K ou environ -273,15°C, c'est la température à laquelle il n'y a plus de mouvement possible. Autrement dit, la température du vide, ou la température d'un objet dont les atomes sont absolument immobiles. Quand on augmente la température, les atomes se mettent à bouger de façon désordonnée, comme si on posait un Nokia 3310 en mode vibreur sur un trampoline. Au début, les atomes restent quand même à leur place, mais plus on augmente la température, plus ils bougent. Au bout d'un moment, ils finissent par se désolidariser les uns des autres : c'est le point de fusion, auquel l'objet passe de l'état solide à l'état liquide.

Mais on n'est pas là pour parler de la fusion des métaux. Je veux parler de quand vous touchez un radiateur éteint. C'est froid. C'est tellement froid que vous n'iriez certainement pas jusqu'à coller votre dos nu au radiateur sans pousser un petit cri de vierge effarouchée. Pourtant, croyez-moi, le radiateur est à la même température que l'air autour de vous ! La raison pour laquelle vous sentez qu'il est froid en posant votre main, c'est parce que votre main elle-même devient plus froide : le radiateur absorbe une partie de votre chaleur à cause de sa conductivité thermique.

Oui Timmy, ça marche aussi avec la langue.

Les atomes à la surface de votre main bougent un peu plus que ceux du radiateur. Au contact, vos atomes donnent un peu de leur énergie aux atomes du métal. Pour d'autres matériaux, comme du bois, les atomes sont si éloignés que ce transfert ne dépasse pas les premières couches. Mais les atomes d'un métal sont si proches que toute l'énergie se répartit très vite dans l'objet métallique. Au toucher, vos doigts auront perdu quelques degrés presque instantanément, vous procurant la même sensation que si vous touchiez un glaçon.

Voyons un autre cas, celui de la voiture restée au soleil tout un après-midi de juillet. Pourquoi, quand on touche le capot, ça brûle ? Non Timmy, garde ta langue dans ta poche. Est-ce que le capot est vraiment brûlant ? Là encore, ce n'est pas tout à fait ça. Oui, le métal est chaud : ses atomes sont excités comme une... Mince, je l'ai déjà faite celle-là. Ses atomes se meuvent avec beaucoup d'intensité. Mais pour la comparaison, une pierre restée au même endroit sera à la même température, pourtant elle ne brûle pas comme le métal.


Quand vous touchez la pierre, les atomes de votre peau absorbent l'énergie des atomes à la surface de la pierre qui, du coup, bougent moins. C'est un peu comme quand votre téléphone vibre et que vous appuyez dessus pour qu'il fasse moins de bruit, vous absorbez ses vibrations.

Quand vous touchez du métal, il se passe la même chose, sauf que les atomes que vous touchez bougent toujours autant puisqu'ils sont immédiatement rechargés par les autres atomes qui les entourent, eux-même rechargés par ceux qui les entourent. En gros, les atomes de votre peau réagissent comme un verre en cristal posé sur une machine à laver en mode essorage.


Pour aller plus loin


 Le métal, c'est un conducteur super cool.


Mais il y a plus cool : les supraconducteurs. Ne laissez jamais un scientifique en charge de trouver des noms pour ses découvertes. Les supraconducteurs peuvent être des métaux ou non, ceux qui intéressent particulièrement les chercheurs sont des matériaux composites. Le principe est de refroidir le matériau à des températures extrêmes, par exemple pour le mercure il faut une température de 3 ou 4 Kelvin. Refroidi à cette température précise, le matériau devient supraconducteur : il conduit l'électricité sans aucune résistance.

Il y a énormément d'applications possibles à ce phénomène, mais le plus passionnant est que les plus grands spécialistes du monde entier ne comprennent toujours pas son fonctionnement à l'échelle quantique. Si vous voulez en savoir plus, je vous conseille cette excellente conférence de Julien Bobroff.

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