CHAPITRE I A. HISTORIQUE SOMMAIRE

Dans son mémoire fondamental de 1822 AmPÈRE mentionne le solénoïde. Le premier circuit en hélice est ainsi né avec l’électrodynamique. C’est un moyen ingénieux de simuler un empilement de spires circulaires parcourues par le même courant de façon à obtenir des champs magnétiques suffisamment intenses. Sous l’aspect des divers enroulements des transformateurs, des machines, … son rôle dans le développement de l’Électrotechnique a été considérable. ”

L’Électrotechnique dite des courants faibles, les Télécommunications avec ou sans fil, fournirent un nouveau champ d’application aux enroulements en hélice (transformateurs divers, bobines d’induction, …). Aux fréquences radioélectriques usuelles où l’approximation quasi stationnaire est acceptable les bobines restèrent des éléments de circuit à constantes localisées. Mais l’emploi des ondes ultracourtes devait attirer l’attention sur le comportement des enroulements en régime rapidement variable : oscillations libres des bobines (périodes hertzienne et post-hertzienne) ou propagation d’ondes entretenues le long d’hélices longues (période contemporaine).

Les propriétés remarquables de la vitesse et de la polarisation d’une telle onde ont trouvé ces dernières années des applications importantes. Les hélices sont des circuits « ralentisseurs ». Un fil isolé enroulé en hélice sur une âme métallique constitue une ligne à retard dont la longueur peut n’être pas prohibitive. On sait le rôle de ce type de circuit dans les techniques d’impulsions. Mais l'application la plus ingé-

nieuse des propriétés retardatrices de l’hélice a certainement été le tube à ondes progressives, sous sa forme initiale tout au moins. Le but poursuivi est d’amener la vitesse d’une onde électromagnétique à la valeur de celle des électrons d’un faisceau axial avec lesquels elle échange de l’énergie. Le tube peut alors fonctionner avec des tensions raisonnables. L’apériodicité du circuit utilisé permet de réaliser un amplificateur à bande exceptionnellement large [15].

D'un autre côté, dans certaines bandes de fréquences, le champ d’une hélice est pratiquement polarisé cireulairement. Cette propriété a été exploitée dans l’antenne en hélice [42]. Cette antenne économique est très directive, à large bande et indifférente, en réception, à la polarisation du champ incident, d’où son utilité en particulier dans les recherches de Radioastronomie. Signalons enfin l’application toute récente de la symétrie de l’hélice à la réalisation d’un polarimètre hertzien [34.] Une spire d’hélice dans un guide d’ondes circulaire est utilisée pour faire tourner le plan de polarisation d’une onde rectiligne incidente.

Les problèmes posés par les hélices ont suscité un grand nombre de travaux expérimentaux ou théoriques, mais dont la plupart ont été consacrés aux circuits en régime quasi stationnaire. Il est clair qu'une bobine ordinaire à spires fines jointives, c’est-à-dire pratiquement circulaires, parcourues par le même courant instantané, possède une symétrie géométrie et électrique qui en simplifie considérablement l’étude théorique. L'image d’une nappe cylindrique équivalente s’impose. On trouve, dans tous les Cours de Physique, le calcul du champ magnétique sur l’axe d’un solénoïde par cette méthode. Celle-ci est déjà utilisée dans le Traité de: MAxwELL. SOMMERFELD en 1904, a traité la nappe comme une couche de passage avec des conditions

* A la Compagnie Française Thormson-Houston,

[ ] Pour tout renvoi entre crochets se reporter in fine à la bibliographie,

aux limites Ds D tés BL: L’ étude de Aolénnide

à spires lâches est beaucoup plus difficile. Elle a été faite par Lams, en 1923, dans le cas particulier du fil infiniment mince [17]. Le travail de Lams semble d’ailleurs être surtout connu par les aérodynamiciens (il a été utilisé en particulier par M. R. Sres- TRUNCK dans une remarquable étude des hélices

— celles de la Mécanique des Fluides — dans laquelle nous avons trouvé des renseignements précieux [46].

Les oscillations libres des bobines n’ont pas donné lieu à un grand nombre de travaux théoriques. En 1897, PockriNGTON, dans une étude sur les oscillations des fils à section circulaire de très petit diamètre, a obtenu d’intéressants résultats concernant la vitesse des ondes le long d’une hélice [27]. Une méthode de calcul utilisant l’approximation quasi stationnaire a été proposée en 1914 par Lenz [20]. En 1930, dans un important mémoire sur les oscillations libres des conducteurs minces, travail qui est à l’origine d’une théorie de l’antenne devenue célèbre, HALLEN a examiné, en particuher, le cas des enroulements en hélice [11]. La méthode de HALLEN reposant sur l’emploi d’une équation intégrale du courant, telle que le champ satisfasse aux conditions aux limites, est le prolongement naturel de la méthode de PockziNaron. Son originalité profonde réside dans la résolution de cette équation intégrale et son intérêt dans la valeur des approximations obtenues. L’étude, en régime entretenu, des ondes électromagnétiques guidées par des circuits en hélice ne devait être entreprise que récemment. Elle a été provoquée par des besoins techniques, notamment par la réalisation du tube à ondes progressives. En 1947, Pierce aux États-Unis [26],

nous-même en France [28] proposions l’approxi-

mation qui consiste à substituer à l’enroxlement une nappe continue à conductivité oblique. Ce modèle fut inclus dans une théorie du tube à ondes progressives par Cnu et Jackson aux États-Unis [4], par Lapcume et Laposroize en France{18, 19]. En 1947 nous avons également donné l’expression du champ électrique axial d’un fil enroulé en hélice [28]. Plus récemment le résultat à été étendu à l’ensemble des composantes du champ électromagnétique dans tout l’espace [30, 32]. Aux États-Unis, Pyirrips a calculé le champ à partir d’un vecteur de HErTz [24]. Enfin, il y a quelques mois, SoLLFREY publiait une intéressante solution du problème du fil mince à section circulaire dans un système de coordonnées hélicoïdo-polaires contenant,.comme surface coordonnée, celle qui limite le conducteur [36]. La méthode de Pizzres ne s’applique qu’au fil sans épaisseur ; celle de SOLLFREY, aux conducteurs de section finie, mais circulaire et petite. La nôtre est plus élémentaire et susceptible d’applications variées, (ruban en hélice, ligne à retard, ….).

Les études expérimentales reflètent, elles aussi, l’évolution générale de la Radioélectricité. Commandées par des besoins très concrets, les mesures sur les divers types d’enroulements ont été rarément

entreprises en ue de aile Fate Le

‘ries aux résultats peu maniables. Bornons-nous aux

régimes rapidement variables. La période post-hertzienne qui s'étend, en gros, jusque vers la fin de la première guerre mondiale, a surtout posé des problèmes de fréquences propres. D’où des séries de mesures, notamment dues à l'École allemande (Drupe en 1902 [7], Griss en 1921 [8], HorrmeiEr en 1924 [12]. De façon analogue, les recherches contemporaines sur l’antenne en hélice, le tube à ondes progressives, ont provoqué une étude expérimentale systématique des ondes guidées par un fil enroulé en hélice : mesure de la vitesse, répartition du champ électrique. On peut citer le travail effectué en France par JEssez et WALLAUSCHEK au Centre National d'Études des Télécommunications [14]. Il est probable qu’une étude analogue a été entreprise aux États-Unis dans un certain nombre de laboratoires. Mais peu de résultats ont été publiés jusqu’à ce jour [5,20].