Un transformateur Tesla en 2006 - Photo Ed Wingate ©
De New York à Colorado Springs
En 1899 Nikola Tesla est à son zénith. C'est, dit-on, le plus grand électrotechnicien de cette époque. Dans son combat contre Edison il a gagné la « Guerre des Courants » en imposant le courant alternatif pour la révolution industrielle américaine. La réussite est complète lorsque la Compagnie pour l'exploitation des chutes du Niagara se prononce en faveur du courant alternatif.
Dès 1889 il va s'intéresser aux courants alternatifs à fréquence élevée , d'abord avec des alternateurs multi-pôlaires à moyenne fréquence (1890) , puis avec des systèmes résonants impliquant transformateurs et décharges électriques amorties pour lesquels il dépose des brevets dès les années 1890. Il va alors constamment expérimenter avec une idée force : la fréquence élevée du courant alternatif est de nature à nous faire entrer dans une ère nouvelle.
« De toutes les expériences qu'on peut faire avec des courants alternatifs rapides, les plus intéressantes sont celles qui concernent la réalisation d'un éclairage pratique [1]».
Il sous-entend « sans fil » et n'oublie pas que les tubes à vide de Geissler , s'illuminent dans les champs électriques de la haute tension. Ce que Tesla recherchait, c'était un éclairage à un fil, ou sans fil, par induction électrostatique. Des travaux ultérieurs l'ont amené à élargir ses préoccupations et à expérimenter de nouveau générateurs de courant à fréquence élevée. Tesla est le premier à appliquer le transformateur à résonance à la production de fortes étincelles de décharge.
Dès 1889 il va s'intéresser aux courants alternatifs à fréquence élevée , d'abord avec des alternateurs multi-pôlaires à moyenne fréquence (1890) , puis avec des systèmes résonants impliquant transformateurs et décharges électriques amorties pour lesquels il dépose des brevets dès les années 1890. Il va alors constamment expérimenter avec une idée force : la fréquence élevée du courant alternatif est de nature à nous faire entrer dans une ère nouvelle.
« De toutes les expériences qu'on peut faire avec des courants alternatifs rapides, les plus intéressantes sont celles qui concernent la réalisation d'un éclairage pratique [1]».
Il sous-entend « sans fil » et n'oublie pas que les tubes à vide de Geissler , s'illuminent dans les champs électriques de la haute tension. Ce que Tesla recherchait, c'était un éclairage à un fil, ou sans fil, par induction électrostatique. Des travaux ultérieurs l'ont amené à élargir ses préoccupations et à expérimenter de nouveau générateurs de courant à fréquence élevée. Tesla est le premier à appliquer le transformateur à résonance à la production de fortes étincelles de décharge.
Photographie de Nikola Tesla ( Domaine public )
Son laboratoire de Houston Street à New York devient trop étroit pour des expériences dangereuses.
« Mes bobines produisent des tensions de quatre millions de volts - les étincelles qui sautent des murs au plafond entretiennent un risque permanent d'incendie. Cette expérience est secrète. J'ai besoin d'énergie électrique, d'eau, et de mon propre laboratoire. [...].[2]»
N. Tesla va choisir d'aller travailler dans une zone de l'Oregon, connue pour ses orages fréquents , à une altitude favorable aux phénomènes électrostatiques.
Colorado Springs ( Oregon , USA)
N. Tesla s'installe à l'Hôtel Alta Vista de Colorado Springs ( Colorado , USA ) le 18 mai 1899. Le terrain qu'on lui avait réservé pour ses expériences était situé à environ un kilomètre et demi à l'Est de Colorado Springs , à proximité du mont Pike, à une altitude de 1800 mètres. Ce n'est pas l'endroit idéal pour une technologie de pointe. Le matériel est apporté de New York par le rail . Mais la ville de Colorado Springs offre à N. Tesla l'espace et de l'électricité gratuite. Il peut travailler loin des regards curieux. Le bâtiment de la station expérimentale est construite et ressemble à une immense grange carrée.
Photographie XXXVIII de Colorado Springs Notes ,
Le laboratoire vu du côté mont Pike
Les sources de l'information concernant la période du 18 mai au 15 juin 1899 proviennent de la presse locale et du livre Lightning in His Hand [3]. Les données techniques complémentaires proviennent de la correspondance entre Nikola Tesla et Georges Scherff son secrétaire et confident professionnel[4].
La taille du laboratoire peut être estimée par les deux gros câbles du circuit primaire circulaire. Ils mesurent 49 mètres de long. Le diamètre du circuit primaire mesure donc environ 17 mètres. La taille de la pièce centrale du laboratoire mesure environ 335 m2.
Le matériel nécessaire ( transformateurs haute tension ) est en place vers le 1 juin 1899.
Colorado Springs Notes 1899 -1900
N. Tesla commence ses expériences vers le 15 juin 1899. Il tient un journal au jour le jour , prend des notes , fait des croquis, des calculs, des photographies. L'ensemble de ces notes ( 500 pages , 200 dessins et croquis ) sera édité sous le nom de Colorado Springs Notes : 1899-1900. L'édition anglaise est publiée en 1978[5].
Tesla prend des notes pour lui-même, pas pour un auditoire. Toutefois les Tesla Coilers d'aujoud'hui , c'est à dire les amateurs d'expériences avec les bobines ( ou transformateurs ) de Tesla , peuvent trouver dans ces notes des détails particulièrement intéressants pour construire des modèles réduits des installations géantes de Colorado Springs[6].
Margaret Cheney , biographe, écrit : «Les notes quotidiennes de Tesla se réfèrent constamment à des expériences qui ne s'étaient pas déroulées comme prévu, il ne savait pourquoi. Cette méthode différait radicalement de celle qu'il disait avoir utilisée jusque-là.[...] La fascination qu'il ressentit toute sa vie pour les phénomènes visuels apparaît nettement dans son journal du Colorado. Les éclairs qu'il produisait par l'imagination se concrétisaient de façon spectaculaire et ses descriptions, dans le moindre détail, des couleurs et de la grandeur des orages électriques du colorado, noyées dans un amas de formules mathématiques, sont pleines de tendresse , voire d'érotisme»[7].
Photographie(Domaine public ) : trucage par double exposition. L'occupant de la chaise n'est pas présent au moment des décharges.
Description de l'installation finale
Système Driver
Tension d'alimentation
- 20 à 30 kV . Le plus souvent N. Tesla utilisait 22,5 kV.
Puissance d'alimentation
- 15000 watt ou plus. Mais les valeurs maxima ne sont pas connues.
Système interrupteur
- Roue en aluminium à 20 contacts et deux électrodes fixes en série. Fréquence de l'interruption : 2400 à 4000 fois par seconde.
Condensateur du circuit primaire
- 0,153 µF . Constitué par des bouteilles de Leyde en verre remplie d'eau salée.
Circuit primaire
- 2 spires au maximum soit 230,9 µH. Le plus souvent un seul tour , les 2 spires parallèles. Chaque câble est formé de 37 brins.
- Diamètre 49,25 pieds (environ 15 mètres ) .
- Un enroulement spécial de régulation était souvent utilisé dans le circuit primaire et ajoutait 46,8 µH d'inductance. Il servait à une syntonisation fine du système.
Circuit secondaire
- 20 spires de fil isolant bifilaire étaient bobinées sur la structure en bois de 15 mètres de diamètre.
- Inductance 20,4 mH ( le henry est l'unité d'inductance en SI )
- Hauteur du bobinage : 69 pouces ( environ 1,70 mètres ) .
- Coefficient de couplage 0,57 maximum ( le plus souvent : moins ) .
Système de sortie
Extra coil ( résonateur )
- 98 spires de fil isolé sur une forme cylindrique en bois de 7 pieds 10 pouces de hauteur et 8 pieds 3 pouces de diamètre.
- Inductance : 18 mH
- Fréquence de résonance : 86,8 kHz.
Tour
- Construite avec un tube en acier sur un poteau en bois de sapin d'une hauteur de 44 mètres ( 142 pieds et 3/4 de pouce) . La dernière capacitance mesurée avec le capot en place était 402 pF . Une boule en bois de 30 pouces de diamètre ( 0,76 mètre ) , couverte de clinquant, était fixée au sommet du mat.
Energie de sortie
En dehors de l'émission de radiofréquences (RF) , les décharges lumineuse ( éclairs ) furent les productions essentielles du système de Tesla à Colorado Springs. En utilisant les propres descriptions de Tesla sur le site et au moment de l'expérimentation , aucune décharge majeure ne fut émise du pylone. La plus longue décharge est mentionnée page 330 de Colorado Springs Notes : 128 pieds ( 39 mètres ) à l'intérieur du laboratoire . Il s'agit en fait des longueurs cumulées de plusieurs éclairs se produisant dans un volume sphérique autour du résonateur( les décharges en zig-zag sont étirées en ligne droite pour le calcul de leur longueur ).
Que cherchait-il ?
Margaret Cheney répond : « Développer un système de T.S.F. mondial bien plus grandiose que celui projeté par l'ambitieux Marconi, et la recherche d'un moyen de transmettre de l'énergie sans fil en abondance et à bon marché jusqu'aux fins fonds de la planète. Il n'existait aucun corpus de connaissances constituées capable de la guider dans cette tâche, à l'exception de ses propres découvertes.[8]»
La fin du XIX ème siècle est le temps où l'électrotechnique s'est partiellement muée en radiotechnique, au premier stade du développement de la télégraphie sans fil ( T.S.F. ). Pour produire des ondes de Hertz ( 1888) , il suffisait d'une étincelle de décharge éclatant au milieu d'un conducteur rectiligne , en circuit ouvert ; et pour les déceler, il fallait observer l'étincelle secondaire qu'elles provoquaient dans un circuit en boucle, supposé en résonance avec le premier. Ce sont là les données de départ du travail de Hertz sur les courants de haute fréquence.Les puissances mises en jeu étaient faibles et les physiciens des années 1890 n'ont pas essayé de se doter d'émetteurs plus puissants ; ils ont cherché des récepteurs d'onde plus efficaces.
Mais N. Tesla s'est proposé de produire des oscillations rapides de plus en plus énergétiques - des oscillations , des «courants de Tesla » et non pas des ondes hertziennes se propageant dans l'air ou dans le vide. Tesla n'envisageait pas un système hertzien de télécommunication.La transmission des signaux à travers l'espace ne lui paraissaient qu'un cas particulier, secondaire même à certains égards , du problème plus général de la transmission de l'énergie électrique sans fil de ligne[9].
Pendant ces 8 mois à Colorado Springs , Tesla va surtout faire des expérience de résonance avec des bobines de cuivre qui sont accordées entre elles ( par induction électromagnétique ) et un grand circuit d'alimentation à haute tension et à fréquences élevées . Les bobines accordées à résonance , oscillantes , reliées à la terre par leur base, génèrent à l'autre extrémité des voltages supérieurs à ceux prévus par le rapport de transformation . C'est la surtension qui caractérise un circuit réglé à résonance. Du point de vue électrotechnique N. Tesla fait des constations importantes mais sans portée théorique.
Les expérimentations servent , a posteriori, de base au projet du très grand résonateur-oscillateur sur le site baptisé Wardenclyffe ( Shoreham ) , Long Island. Projet qui se termine par un échec .
Les photos extraordinaires de ces décharges marquent l'imaginaire. Les données techniques des Colorado Springs Notes permettent aux Tesla Coilers d'aujourd'hui de reproduire les expériences.
Il existe un jeu d'enfant, serbe ou croate, qui consiste à communiquer au moyen de deux lames de couteau plantées dans le sol. Les vibrations de l'une se transmettent par la terre à l'autre, parfois sur de grande distances...
Les expérimentations servent , a posteriori, de base au projet du très grand résonateur-oscillateur sur le site baptisé Wardenclyffe ( Shoreham ) , Long Island. Projet qui se termine par un échec .
Les photos extraordinaires de ces décharges marquent l'imaginaire. Les données techniques des Colorado Springs Notes permettent aux Tesla Coilers d'aujourd'hui de reproduire les expériences.
Qu'a t'il trouvé ?
«C'est vrai que tout ce mystère, toute cette frénésie, ces dépenses gigantesques, et tous ces effets spectaculaires, n'ont finalement débouché sur aucune invention pratique [...] [N. Tesla ] , avec son oscillateur géant, croyait avoir mis la Terre en résonance électrique, en lui envoyant un flux électrique à une fréquence de 150 000 oscillations par seconde. Les pulsations résultantes avaient une longueur d'onde d'environ 2000 mètres. Tesla en conclut qu'elle se propageaient vers l'extérieur par dessus le renflement de la Terre , d'abord en cercles de plus en plus grands , puis en cercles plus petits mais avec une intensité croissante, et convergeaient en un point du globe directement opposé à Colorado Springs [...] .Si la Terre avait été capable de résonance parfaite, les résultats auraient pu s'avérer catastrophiques, mais comme elle ne l'était pas, ce procédé avait pour effet, croyait-il, de rendre disponible en tout point de la Terre de l'énergie qui pouvait être extraite avec un appareillage minimal, constitué d'un récepteur, d'une connexion au sol et d'une tige métallique de la hauteur d'une maison.[...] Il ne put cependant prouver complètement cette hypothèse de façon satisfaisante, et encore moins en déduire des applications. Personne d'autre non plus.»Il existe un jeu d'enfant, serbe ou croate, qui consiste à communiquer au moyen de deux lames de couteau plantées dans le sol. Les vibrations de l'une se transmettent par la terre à l'autre, parfois sur de grande distances...
Biographie sommaire
Né en 1856, dans l'empire austro-hongrois, de nationalité Serbe, Nikola Tesla s'installe aux USA ( New York ) en 1884. Les plus grandes réussites de ce physicien ingénieur en électricité sont la promotion du courant alternatif, le moteur à champ tournant , le transformateur Tesla ( ou bobine de Tesla ou Tesla Coil ). Il a donné son nom à une unité de mesure de l'induction magnétique . Un tesla équivaut à 10000 gauss : vous entendrez par exemple parler d'une IRM de 2 ou 3 Tesla . Il a contribué, avec beaucoup d'autres, à l'invention de la T.S.F. Vénéré par les Tesla Coilers , prophète ou génie, savant maudit peut-être[11], il meurt en 1943 à l'age de 86 ans.
Liens ( en anglais )
- Tesla , Master of Lightning , Colorado Springs
- Tesla's History In Colorado Springs, Colorado 1899-1900
- Le transformateur Tesla
- Le transformateur Tesla ( Knol )
- WiTricity (wireless electricity) ou comment le MIT et Intel s'intéressent à la transmission de l'énergie sans fil .
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| Nikola Tesla est né le 10 juillet 1856 à Smiljan (Croatie) |
Références
- Nikola Tesla , «Expériences sur les courants alternatifs de très haute fréquence et leur application aux méthodes de l'éclairage artificiel» Traduction La Lumière électrique , tome 39, p 430 ( 1891)
- Lettre de N. Tesla à Leonard Curtis juriste spécialiste des brevets, (1899)
- Inez Hunts , W.W. Draper, « Lightning in His Hand » , Hawthorne, Calif., Omni Publications , ( 1964 réed.1977)
- «Tesla-Scherff correspondences» , 1899-1939 , Tesla Museum , Belgrade
- Nikola Tesla , "Colorado Springs Notes 1899-1900", Nolit (1878) , Belgrade , 439 pages
- Richard Hull, The Tesla Coil Buider's guide to the Colorado Springs Notes of Nikola Tesla , Tesla Coil Builders of Richmond , Virginia ( 1993,1996 )
- Margaret Cheney , - Tesla : Man Out of Time - , Prentice-Hall, Inc (1981)
- Margaret Cheney, - Tesla 1856-1943 , la passion d'inventer -, Belin , un savant une époque ( 1987 ) Traduction française de Tesla : Man Out of Time.
- J. Cazenobe - Note critique sur les inventions de Tesla - ( Posface de la version française du livre de Margaret Cheney )
- Margaret Cheney
- Marc Bousquet - Nikola Tesla sous les coups de concurrents trop puissants - Les Cahiers de Science et Vie , n° 62 , avril 2001 , pp 60-67
Sébastien BURNEAU
Inviter en tant qu'auteur
Passionnant...
Mon vote : 5*.
Je le met en lien dans les actus et évènement du 10 juillet
http://knol.google.c
Sébastien
Patrice Bouyrat
Inviter en tant qu'auteur
salut
Je souhaite simplement que ce knol soit mis à la Une de http://knol.google.c
Voila !!! Je soutiens