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Expériences de M. Tesla sur les courants alternatifs de grande fréquence
E. Hospitalier, La Nature, N°979 - 5 Mars 1892
jeudi 26 février 2009, par gloubik
M. Nikola Tesla, à qui le public scientifique anglais et français vient de faire un accueil des plus chaleureux, est un pionnier de la science électrique ; l’un de ceux qui auront amorcé les progrès futurs par une transformation presque radicale des anciens procédés et des anciens errements.
Nous aurons l’occasion de décrire quelque jour les moteurs à courants alternatifs simples et à courants alternatifs polyphasés imaginés et réalisés dès 1888 par M. Tesla ; nous nous contenterons aujourd’hui de revenir sur ses magnifiques expériences sur les hauts potentiels et les courants alternatifs de grande fréquence, dont nous avons déjà donné une idée assez complète en résumant la communication faite par l’auteur le 20 mai 1891 devant l’American lns­titute of Electrical Engineers ( [1]).
A la suite de cette communication, dont le retentissement fut très grand dans le monde scientifique, répondant aux pressantes sollicitations de ses admirateurs et amis, M. Tesla vint en Europe et présenta à Londres, le 5 février, et à Paris le 19 février dernier, devant la Société française de physique et la Société internationale des électriciens réunies pour la circonstance dans l’hôtel de la Société d’encouragement, les remarquables expériences aux­ quelles nous avons assisté, et dont nous allons essayer de donner une idée, malgré l’aridité du sujet, son caractère tout spécial et notre insuffisance à l’exposer clairement. M. Tesla ne s’est pas contenté, d’ailleurs, d’une simple répétition des expériences faites en Amérique. Il les a développées, complétées, et les communications faites en Europe peuvent être considérées comme la deuxième partie d’une longue et remarquable étude dont la première par­ Lie a été présentée au Nouveau Monde l’an dernier.
Rappelons brièvement tout d’abord les procédés employés par M. Tesla pour produire des courants alternatifs de grande fréquence : le plus simple consiste à faire usage d’un alternateur de forme spéciale représenté ci-avant figure 2. Cet alternateur se compose d’un disque d’acier de 80 centimètres de diamètre sur lequel sont montées 584 petites bobines, ou, plus exactement, 584 petits enroulements en zigzag : ce disque tourne à l’intérieur d’une couronne fixe portant 584 pôles inducteurs. Il en résulte que la fréquence des courants alternatifs engendrés par la rotation de l’induit devant les inducteurs, produit 192 périodes par tour, et qu’à la vitesse maxima normale de 5000 tours par minute, ou 50 tours par seconde, on obtient une fréquence de 9600 périodes par seconde, au lieu d’une centaine seulement que donnent les alternateurs ordinaires. Le courant alternatif ainsi engendré, est recueilli à l’aide de deux bagues sur lesquelles frottent deux balais, comme dans tous les alternateurs à induit mobile. Une excitation séparée permet de faire varier à volonté la force électromotrice de l’alternateur qui peut, à pleine excitation, atteindre 200.volts.
Le second procédé employé par M. Tesla pour obtenir des fréquences beaucoup plus élevées, fréquences qui peuvent atteindre et même dépasser un million par seconde, utilise un alternateur ordinaire. Dans les expériences du 19 février, il employait un alternateur Siemens dont la fréquence ne dépassait pas 50 périodes par seconde.
Le courant alternatif ainsi produit, est envoyé dans une bobine d’induction, en établissant en dérivation sur le circuit primaire un appareil à décharge disruptive, constitué par un condensateur et deux boules polies dont on peut faire varier l’écartement. Cet écartement règle la fréquence des décharges et, par suite, la fréquence des courants traversant l’inducteur de la bobine. Les étincelles de déchargés disruptives éclatent dans un champ magnétique puissant qui les souffle et facilite leur production rapide, ainsi que le refroidissement de l’espace où elles se produisent avec une si grande rapidité. Quel que soit le procédé employé pour obtenir les grandes fréquences, le potentiel est toujours insuffisant, et on l’augmente en transformant le courant alternatif à l’aide d’une bobine appropriée.
Cette bobine se compose d’un enroulement inducteur intérieur et d’un enroulement induit extérieur formés de fil relativement gros, et d’un nombre de spires assez petit, car il ne faut pas perdre de vue que, eu égard à la grande fréquence des courants, la force électromotrice développée pour une longueur de fil donnée, est incomparablement plus élevée qu’avec les bobines ordinaires. Ces bobines sont également sans noyau de fer, et sont complètement noyées dans de l’huile de lin cuite. Cette huile a pour but d’assurer un bon isolement et de s’opposer à la présence de l’air qui, dans le cas particulier, serait tout à fait nuisible, par l’échauffement considérable qu’il produirait sous l’action des tensions électrostatiques énormes et fréquemment inversées, auxquelles il serait soumis !
Pour obtenir des effets puissants. et c’est principalement la puissance et la grandeur des effets qui caractérisent ses expériences, M. Tesla combat les effets nuisibles de la self-induction de chacune des parties du circuit, en utilisant les propriétés des condensateurs intercalés à propos, dans le circuit de l’alternateur, ou en dérivation sur les bornes de l’appareil a décharges disruptives.
Un certain nombre des expériences faites par M. Tesla dans la séance du 19 février, ne sont que la reproduction de celles dont nous avons parlé dans notre numéro du 15 aout dernier.
Nous nous dispenserons donc de les reproduire, et nous insisterons plus spécialement sur celles qui présentent un caractère de nouveauté.
Les premières expériences ont été faites avec l’appareil à décharges disruptives, celui qui donne les plus grandes fréquences actuellement réalisables par les moyens dont nous disposons. Dans ces conditions, les décharges électrostatiques traversent l’air sous forme de décharges lumineuses, comme si l’air était raréfié. En intercalant une plaque d’ébonite, la capacité électrostatique du système formé par les deux boules entre lesquelles jaillit la décharge et la plaque d’ébonite, se trouve accrue par l’interposition d’un diélectrique dont la capacité inductive spécifique est plus grande que celle de l’air, et l’éclat de ces décharges en devient plus vif. Ces décharges traversent facilement de longs tubes renfermant des gaz raréfiés qu’elles illuminent d’une vive lueur, chaque gaz raréfié donnant à la lueur sa couleur propre ; ces décharges se produisent également entre deux fils recouverts de coton, isolés entre eux et mis en rapport avec les deux bornes de la bobine. Ces fils émettent des lueurs violettes sur toute leur longueur, et rendent même lumineux l’espace compris entre eux.
Toutes les autres expériences ont été faites avec l’alternateur représenté figure 2 et donnant de 9000 à 10000 périodes par seconde. M. Tesla a d’abord montré les décharges en forme de flamme que nous avons précédemment décrites. Pour prouver que ces décharges à haut potentiel et à grande fréquence, ne sont pas dangereuses, il a pu, prenant dans les mains deux boules métalliques destinées à éviter la brûlure par l’étincelle, recevoir la décharge de toute la bobine en la faisant passer par son corps interposé entre les deux boules. M. Tesla a ensuite montré que le fil de retour est absolument inutile pour faire passer le courant de décharge. Celui-ci peut s’établir par l’air, et passe plus facilement si l’on a soin de relier l’une des extrémités du fil de la bobine à une plaque conductrice isolée dans l’espace. Le bombardement moléculaire chauffe la partie qui présente peu de surface, mise en communication avec le second pôle de la bobine, et c’est ainsi que M. Tesla nous montre l’incandescence d’un mince fil de platine ou d’un filament de charbon enfermé dans un globe d’air raréfié.
Tout accroissement de capacité du système, augmente le courant de décharge, et, par suite, l’incandescence. Il suffit, par exemple, d’approcher la main du globe renfermant le corps incandescent, de placer au-dessus de celui-ci un abat-jour en métal, ou même, effet paradoxal en apparence, de placer cet abat-jour à côté du globe, pour produire l’augmentation d’éclat résultant de l’accroissement de capacité électrostatique.
Le fil auquel le filament est attaché est relié, avons-nous dit, à l’un des fils du secondaire de la bobine dont l’autre fil communique avec une plaque métallique isolée. Cette communication métallique n’est pas indispensable. En effet, si ce fil est couvert de plomb, une couche de gutta-percha isolant entièrement le fil de cuivre et le tube de plomb qui l’enveloppe, la lampe à filament unique s’illumine aussi vivement lorsque 1’où met celui-ci en communication avec le fil de cuivre ou avec le tube en plomb.
M. Tesla actionne ainsi un radiomètre électrique de Crookes et même un moteur spécial à fil unique dont la description nous entraînerait trop loin. Il illumine ensuite certains corps médiocrement conducteurs, tels que de l’alumine, du charbon, de la chaux. du carborundum, et quelques corps phosphorescents tels que le sulfure de calcium, l’yttria, le sulfure de zinc et le rubis dont les effets merveilleux ont soulevé à plusieurs reprises les applaudissements unanimes de l’auditoire. M. Tesla termine enfin par quelques expériences d’illumination de tubes à gaz raréfié sans fils ni électrodes, les tubes étant simplement placés dans le champ électrostatique périodique produit entre l’un des pôles isolés de la bobine d’une part, et une plaque métallique isolée placée au-dessus de l’expérimentateur communiquant avec l’autre pôle de la bobine, d’autre part.
La figure 1 montre précisément l’une de ces expériences dans laquelle M. Tesla réalise l’illumination de deux tubes à la fois. Pour produire l’extinction d’un de ces tubes, il suffit d’interposer dans le champ électrostatique un écran médiocrement conducteur, ou de placer le tube dans une direction sensiblement perpendiculaire au flux d’induction du champ. Le même tube reste obscur dans toutes les positions s’il est tenu par ses deux extrémités a la fois, le corps formant écran. En faisant glisser la main le long du tube, on peut rendre une de ses extrémités lumineuses ; rien n’est plus curieux que de voir ainsi essuyer, éteindre et rallumer à volonté la lueur produite par ce procédé.
Telles sont, très sommairement résumées, les principales expériences qui, pendant plus de deux heures, ont si vivement intéressé les membres de la Société française de physique et de la Société internationale des électriciens qui ont eu la bonne fortune d’assister à la conférence de M. Tesla.
Il serait encore bien difficile de dire l’avenir qui leur est réservé au point de vue industriel, utilitaire et pratique d’un nouveau mode de production de la lumière. Aussi bien, le rêve de l’inventeur est plus large et ses vues plus hautes que les expériences qu’il nous a présentées ne les laissent entrevoir. Son ambition finale parait être de transformer l’énergie du milieu qui nous environne, énergie bien évidente par ses nombreuses manifestations, en lumière, ou tout au moins d’en obtenir des radiations de même longueur d’onde et de même fréquence que celles qui produisent les sensations lumineuses. Déjà le radiomètre de Crookes a prouvé qu’il était possible de transformer directement l’énergie radiante d’un milieu en énergie mécanique, et bien qu’au point de vue du rendement, le radiomètre de Crookes soit le plus détestable de tous les appareils de transformation, il n’en est pas moins le plus admirable de tous par ce fait qu’il nous apporte la démonstration tangible de la possibilité de cette transformation.
M. Tesla, d’autre part, dans ses mémorables expériences, nous a montré qu’en faisant varier périodiquement, avec une très grande fréquence, un champ électrostatique, il est possible de placer dans ce champ, des appareils d’une très grande simplicité, des tubes à gaz raréfiés, qui recueillent une partie de cette énergie et la rendent lumineuse. Pour le philosophe et le savant, il n’en faut pas davantage pour établir la possibilité, sinon la probabilité, de réalisation des vues finales de M. Tesla. Pour lui, la lumière de l’avenir est dans l’incandescence des solides, des gaz et des corps phosphorescents, excités, qu’on nous pardonne cette expression un peu vague, par des hauts potentiels variant avec une très grande fréquence.
Le jeune savant en est convaincu comme un précurseur, presque comme un apôtre. Il apporte tant de chaleur et de sincérité dans ses explications et ses expériences, que la foi vous gagne, et que, malgré soi, on croit assister à l’aurore d’une révolution prochaine dans les procédés actuels d’illumination.
Les applaudissements nourris qui ont accueilli ses communications en Angleterre et en France, lui prouvent qu’il a su faire partager son enthousiasme, sinon sa conviction, aux hommes les plus capables d’apprécier la grandeur et l’importance de son œuvre. Nous souhaitons tout succès à l’habile expérimentateur dans la voie nouvelle où il s’est engagé ; espérons qu’à son prochain voyage en Europe, la lumière de l’avenir sera devenue, pour lui tout au moins, la lumière du présent.
[1] Voy. n°950, du 15 août 1891, p. 162
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