La conductivité électrique caractérise la capacité des matériaux à conduire l’électricité. L’électricité est due au déplacement de particules chargées (électrons dans un solide ou ions dans une solution) permettant le passage d’un courant. Cela n’est possible que si le matériau en question est conducteur et soumis à une différence de potentiel. Plus la propagation des électrons d’un atome à un autre est aisé (soit leur cheminement à travers le matériau), plus il est conducteur ; sinon il est dit isolant (déplacement des électrons très difficile voire impossible).
La conductibilité électrique est une des propriétés physiques de certains minérauxMinéraux Espèces chimiques naturelles, se présentant le plus souvent sous forme de cristaux solides.. C’est donc la capacité d’un minéralMinéral Espèce chimique naturelle, se présentant le plus souvent sous forme de cristal solide. à laisser passer l’électricité. On parle de minéraux conducteurs (pyrite, galène, magnétite hématite, graphite, argent, platine, or, cuivre, chalcopyrite, etc.) et de minéraux non conducteurs (siliceSilice Tectosilicate (SiO2) présentant différents polymorphes : opales, quartz, tridymite, cristobalite, coésite, stishovite., feldspathFeldspath De l'allemand feld : champ et de spath ; minéral courant dans les champs d'Allemagne du Nord. Variété de tectosilicates composant de nombreuses roches magmatiques (ex : granite) et métamorphiques., micas, etc., utilisés aussi dans l’industrie).
Dans les matériaux d’origine géologique, transformés, les meilleurs conducteurs sont : le fer, l’aluminium, le cuivre, le plomb, l’or, le platine, le graphite (mines de crayons), etc. A l’inverse, les meilleurs isolants sont le verreVerre Du latin vitrum : verre. Magma ayant refroidi très rapidement sans cristalliser, donnant des laves (ex. : Obsidienne) qui peuvent contenir une proportion variable de minéraux. et la céramique. L’eau de mer est conductrice car elle contient des sels minéraux dissociés en ions positifs ou négatifs. Mais l’eau pure (distillée ou déminéralisée) est isolante : elle ne contient plus de sels minéraux.
Dans le cas des minéraux naturels, on parle de conductivité solide ou de conductivité électronique ou métallique, puisqu’elle est comparable à celle des métaux industriels. Dans la nature cette conductivité solide n’est vraiment importante que dans certains gisements contenant certains sulfures (pyrite, galène) et certains oxydes (magnétite, hématite), ou du graphite, de l’or, de l’argent, du platine, etc.
Note : certains minéraux naturels classés comme conducteurs peuvent ne pas l’être avec une pile ou un transformateur, s’ils contiennent trop d’impuretés (minéraux non natifs comme certains sulfures). Certains échantillons de pyrite (sulfure de fer) peuvent contenir plus d’atomes de soufre par rapport aux atomes de fer et ne pas faciliter le passage des électrons. Il faudra alors d’utiliser pour l’expérience un ohmmètre ou un multimètre beaucoup plus sensible qu’une ampoule, fonctionnant avec deux piles de 1,5 volt.
La conductivité électrique est utilisée en géologie, par exemple pour connaître la structureStructure Du latin strutura : Arrangement. Arrangement à l'échelle microscopique de minéraux dans une roche. interne des sols :
1) Par la méthode géophysique d’exploration du sous-sol qui consiste à utiliser la capacité du courant électrique à y circuler. On utilise le courant électrique d’une batterie (12 volts), ainsi qu’un certain nombre d’électrodes plantées dans le sol et reliées par des câbles, un système d’acquisition (interface, logiciel, etc.) et un résistivimètre.
2) Par la cartographie électrique en milieu continu qui est une méthode de prospection qui utilise un dispositif qui se déplace au-dessus du sol en continu et qui enregistre les données recueillies. Ce qui permet de connaître l’organisation spatiale de ce sol sans altérationAltération Modification chimique des minéraux et donc des roches, par des agents atmosphériques et par les eaux de ruissellement, souterraines ou stagnantes. C'est la cause principale de l'érosion. ni destruction (sans faire de sondage). La cartographie électrique fait partie des techniques non invasives de l’exploration des sites archéologiques.
Matériel utilisé pour l’expérience :
- Un transformateur de 6 V ou une pile électrique.
- Une ampoule adaptée à la puissance.
- Petit matériel de branchement : fils électriques, dominos, douille, deux petites pinces électriques crocodiles (image 2).
- Des outils de base : pince, tournevis.
- Un multimètre digital (appareil à plusieurs fonctions, qui sert aussi à mesurer le voltage ou l’intensité) ou plus simplement un ohmmètre (toujours alimenté par des piles).
Nous avons utilisé ici le multimètre, uniquement sur la fonction ohmmètre, afin de mesurer la résistance électrique des échantillons. L’ohm dont le symbole est la lettre grecque Omega, est l’unité de résistance électrique du système international, en l’honneur de Georg Ohm, physicien allemand (1789-1854). Plus la valeur affichée en ohms est élevée, plus la résistance du matériau est importante, sa conductivité est donc moindre.
Précisions techniques dans le texte et les légendes : Pernelle Bouvet.
Les manipulations avec le transformateur :
1) Après avoir réalisé les branchements nécessaires, réglez le transformateur à zéro.
2) Positionnez les pinces aux deux extrémités de l’échantillon.
3) Montez graduellement la puissance du transformateur, jusqu’à ce que l’ampoule s’allume.
Les manipulations avec le multimètre :
1) Allumez et réglez l’appareil correctement pour la mesure des résistances sur le symbole Omega. Quand les électrodes ne sont connectées à rien, l’écran affiche O.L (pour cet appareil), ce qui signifie que la résistance (ici de l’air) est infinie.
2) Mettre les deux électrodes en contact avec l’échantillon et attendre que la mesure se stabilise à l’écran. Les valeurs affichées sur l’appareil sont très instables et varient d’une seconde à l’autre, à cause des impuretés présentes dans le minéral ou la roche. Peu précises, elles ne sont mentionnées ici qu’à titre indicatif : elles indiquent que le courant électrique de la pile traverse l’échantillon.
Pour mémoire : 1 kohm est égal à mille ohms et 1 Mohms à un million d’ohms.
Les échantillons des images 08 à 16 sont des exemples de minéraux conducteurs mais à forte résistance de la plus faible (image 08) à la plus forte (image 16).
Les échantillons des images 17 à 20 dont des exemples de roches sédimentaires conductibles à sec, grâce à la présence d’ions positifs ou négatifs (électrons) contenus dans leur formule chimique.
Photographe : Gérard Brusseaux.
Source : Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP), Sorbonne Université, campus Pierre et Marie Curie, Paris, France.