Galvani et la découverte de l'électricité animale
On situe les origines de l’électrophysiologie généralement vers la fin du XVIIIème siècle avec les travaux de Galvani sur l’électricité animale.
En réalité, des observations similaires ont été faites par Swammerdam au milieu de XVIIème siècle, avant le développement des machines électrostatiques.
Le rapprochement avec l’électricité n’avait pas encore été clairement établi.
A l’époque de Galvani, on s’interrogeait beaucoup sur le lien entre l’électricité et la vie, et de nombreux savants s’intéressaient particulièrement aux poissons capablent de foudroyer leurs victimes par des décharges électriques (torpille, anguille électrique).
1) Petite biographie de Galvani
Luigi Galvani (1737-1798) est un physicien et un médecin italien, né et mort à Bologne.
Au cours de ses études de médecine il présente une thèse sur la nature et la croissance des os. Il est attiré par la théologie, mais il s'oriente ensuite vers les sciences naturelles. Il étudie alors les rapports entre l'électricité et le système nerveux.
Après une nombreuse suite d'expériences (présentées dans la deuxième partie, ci-dessous), Galvani élabore en 1791 la théorie selon laquelle les nerfs et les muscles sont le siège d'une "électricité animale".
Galvani est ainsi le premier à avoir mis en évidence l'existence de courants électriques dans les nerfs.
Son nom est actuellement associé à l'électricité et on le retrouve dans les mots : galvanisme, galvanique ou galvanomètre.
2) Les expériences de Galvani
En avril 1786, Luigi Galvani se dirigeait vers une terrasse située à Bologne, en transportant un rouleau de fil métallique et des cuisses de grenouilles tranchées à la moelle épinière avec les nerfs sciatiques pendants.
Il plaça le spécimen sur la table et le connecta à une corde à linge en fil de fer qu’il tendit vers le haut. Puis il attendit un orage et constata que les cuisses de grenouille tressautaient en réaction à l’éclair, comme pour prévenir de l’arrivée du tonnerre.
Au fil des ans, Galvani avait produit des effets similaires dans son laboratoire en stimulant des nerfs de grenouille avec de l’électricité produite par un générateur.
La démonstration effectuée sur la terrasse confirma pour lui que l’électricité « naturelle » (électricité ici issue de l’orage) produisait la même réaction physiologique que l’électricité artificielle (électricité produite par le générateur). D’une manière ou d’une autre, cela faisait bouger les muscles.
Il y avait cependant une expérience qu’il trouvait difficile à interpréter. Plusieurs années auparavant, l’un de ses assistants avait touché le nerf exposé d’une grenouille avec un scalpel juste au moment où un autre assistant, travaillant à côté avec un générateur, créait une étincelle. Aucun fil ne reliait la machine à l’animal disséqué, mais ses cuisses se contractèrent violemment comme lors d’une crise.
Conclusion : Une étincelle électrique a le pouvoir d'exciter à distance une contraction musculaire, pourvue qu'un fil métallique suffisamment long soit en contact avec le nerf.
Galvani étudia alors ce phénomène.
Il avait rapidement établi que la réaction n’était pas provoquée par une simple irritation due au scalpel. Après s’être assuré que le générateur était éteint, il pressa une lame métallique contre le nerf. Il eut beau insister, les muscles restèrent immobiles. L’effet semblait donc être clairement d’origine électrique.
D’autres expériences montrèrent qu’un cylindre en fer captait l’étincelle et faisait tressauter les cuisses, mais pas une tige en verre. Parfois cependant, même un scalpel en métal ne parvenait pas à provoquer une réaction. Galvani réalisa rapidement que ces échecs se produisaient lorsqu’il tenait l’instrument par son manche, sans toucher la lame.
L’expérimentateur lui-même semblait faire partie de la réaction. Pour tester cette hypothèse, il plaça le cylindre en métal seul sur la table de manière à ce qu’il touche le nerf, puis alluma le générateur. La cuisse resta immobile.
Petit à petit, il élimina les variables. Lorsqu’il connectait le nerf à un long fil en métal, au lieu d’un petit cylindre, une étincelle distante faisait sauter les cuisses. La situation devenait un peu plus claire.
Les scientifiques savaient déjà que l’électricité pouvait exercer son influence à distance : les poils de la nuque se hérissent lorsque la foudre tombe à proximité. Le lancement du générateur crée une tension dans l’air : une « atmosphère électrique ».
La personne qui tient le scalpel et le scalpel lui-même servaient d’antenne, de paratonnerre, se déchargeant à travers la grenouille.
Mais Galvani supposa qu’il se passait peut être quelque chose d’encore plus étrange. Si la grenouille réagissait simplement à l’électricité artificielle transmise par l’air, l’intensité du soubresaut devrait dépendre de la proximité de l’étincelle.
En attachant un crochet en métal à la moelle épinière, et ce même crochet à un fil, il répéta l’expérience à différentes distances, plaçant la grenouille jusqu’à 45 mètres du générateur.
La réaction était toujours aussi vigoureuse, même lorsque les cuisses étaient protégées par un cylindre en étain ou isolées dans une cloche à vide.
Toutes ces expérimentations semblaient indiquer ce que Galvani avait deviné instinctivement : l’électricité produite par la machine n’était pas la source primaire du soubresaut. Elle n’était rien de plus qu’un élément déclencheur, excitant une « électricité animale » survenant naturellement et circulant à travers les nerfs.
Mais Galvani savait à quel point il est facile pour un expérimentateur de se duper soi-même et de voir ce qu’il désire.
Au début du mois de septembre, plusieurs mois après l’expérience sur la terrasse, il prit plusieurs de ses grenouilles tronquées et les accrocha à l’aide de crochets métalliques à la balustrade en fer de son balcon. Cette fois ci, il n’y avait pas d’éclair, ni d’étincelles créées par un générateur, mais les cuisses se contractaient tout de même.
Il conclut que l’électricité ne pouvait provenir du métal. De simples conducteurs (le crochet et la balustrade) ne pouvaient pas contenir une charge. Pour créer un potentiel, les charges négatives et positives doivent être soigneusement isolées les unes des autres.
Il était cependant plus difficile d’exclure la possibilité que l’électricité atmosphérique se soit d’une manière ou d’une autre glissée dans l’animal et accumulée, se ruant à l’extérieur lorsque le crochet entrait en contact avec la balustrade. Galvani voulait écarter cette possibilité.
D’une main il saisit une grenouille, la suspendant par son crochet, de manière à ce que ses pattes touchent le haut d’une boite en argent. Tenant un morceau de métal dans son autre main, il le fit toucher la même surface brillante, complétant le circuit et faisant tressauter la grenouille.
La même chose arriva quand il tint la grenouille par le thorax, de manière à ce que le crochet et l’une des pattes touchent le conducteur plat : au moment précis où la patte toucha la surface, tous les muscles de la cuisse se contractèrent, soulevant la patte. Lorsque la patte retomba sur la surface, elle se contracta à nouveau, la grenouille sautant encore et encore jusqu’à ce que son énergie soit épuisée.
Qu’est-ce que cela pouvait être à part de l’électricité animale ?
En 1791, Galvani publia ses découvertes dans De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (Commentaire sur les effets de l’électricité dans les mouvements musculaires), supposant que l'électricité vient de l'animal lui même.
En se déchargeant à travers le métal, elle provoque le mouvement musculaire.
Il pensait que chez les êtres humains, un excès d’électricité pouvait être à l’origine de bougeottes, de rougeurs ou, dans des situations extrêmes, de crises d’épilepsie. S’aventurant hors de son domaine, il suggéra que la foudre et les tremblements de terre pourraient être reliés d’une manière ou d’une autre.
Il espérait faire plus tard des recherches pour savoir si l’électricité était impliquée dans toutes les fonctions du corps (sur la circulation du sang, la sécrétion des humeurs…).
Ce phénomène d’électricité animale put être généralisé à l'ensemble des organes vivants après l'invention de galvanomètres très sensibles vers 1811.
On remarqua que ces courants disparaissaient en cas de privation d'oxygène et après la mort.
>> Après avoir expliqué de manière détaillée l'ensemble d'expériences ayant conclu à la présence d'une électricité animale, il convient de s'intéresser à cette électricité de manière plus détaillée (2ème partie).