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Introduction

L'étude du fonctionnement des machines électrostatiques à influence ne se présente pas seulement comme une curiosité d’un intérêt croissant avec l’évolution des théories modernes sur l’électricité. La possibilité de nouveaux perfectionnements a conféré à ces machines, en même temps qu’un regain d’actualité, une place d’avenir partout où il s’agit de fournir une haute tension continue. Par exemple : les essais des isolateurs et des câbles à haute tension, l’étalonnage des électromètres, l’électrisation des poudres, la captation des poussières, l’orientation des abrasifs au collage, la peinture au pistolet dans un champ électrique, la charge de condensateurs pour ondes de choc, l’allumage des moteurs à explosion, le microscope électronique ou protonique, le télescope électronique de demain, les tubes émetteurs et récepteurs de télévision, les tubes à rayons X de radioscopie, sinon de radiographie, l’électricité médicale, les expériences d'enseignement et peut-être les mesures météorologiques, toutes applications pour lesquelles ces machines présentent l’avantage de fournir sans danger pour l’opérateur des tensions élevées de l’ordre d’une centaine .de kilovolts.

I1 faut à cet effet créer des machines électrostatiques assez puissantes et robustes qui restent d’un prix avantageux par rapport aux autres sources où la haute tension est obtenue avec des transformateurs et des redresseurs.

Le point de vue énergétique domine la question.

Tandis qu’en électromagnétisme, la transformation d'énergie s’effectue par circulation de charges électriques dans le conducteur coupant les lignes de force d’un champ magnétique, on sait que, dans les machines électrostatiques, les charges restent momentanément prisonnières sur des transporteurs en mouvement qui « gravissent » d’énormes différences de potentiel.

Les transporteurs les plus divers ont été utilisés : plateaux ou cylindres isolants, parties métalliques isolées les unes des autres, gouttes d’eau dans un dispositif de Lord Kelvin, grains de sable dans une machine. de Fleming, courroie transporteuse de van de Graaff, particules isolantes ou conductrices entraînées par un courant d’air selon la technique utilisée par M. Pauthenier et Mme Moreau-Hanot.

Cependant, les machines électrostatiques et les machines électromagnétiques présentent un point commun : compte tenu du facteur vitesse linéaire, le flux d’énergie par unité de surface de la partie tournante ne peut être élevé que si la densité d’énergie est elle-même élevée dans l’espace avoisinant [1] (1). C’est ainsi qu’en électrostatique, la puissance d’une machine est relativement faible lors du fonctionnement dans l’air à la pression atmosphérique où le champ électrique atteint dans certaines conditions favorables 45 KV : cm, soit 150 unités électrostatiques C.G.S. par centimètre, ce qui correspond à une densité d’énergie de 900 ergs par centimètre cube ou près de 1074 J : cm*, tandis que dans un entrefer de dynamo où règne par exemple une induction magnétique résultante de 15 000 gauss, la densité d'énergie est dix mille

(:) Le chiffre entre crochet et ceux qui suivent se rapportent à la bibliographie annexée.

fois plus élevée avec 9 millions d’ergs par centimètre cube ou presque 1 J : cm$. Aussi a-t-on été conduit à faire fonc tionner des machines électrostatiques dans des fluides capables de supporter une haute densité d’énergie et notamment dans des gaz comprimés. Il convient alors d’assimiler la puissance maximum obtenue à l’aide d’une machine fonctionnant dans un gaz tel que l’air comprimé au produit du multiplicande représentant la puissance maximum obtenue dans l’air à la pression atmosphérique, par un facteur multiplicateur qui dépend du nouveau milieu.

Les récents travaux de M. N. Félici, au Laboratoire d’Electrostatique et de Physique du Métal, et du professeur Néel, à la Faculté des Sciences de Grenoble, mettent en lumière que les résultats obtenus diffèrent considérablement suivant le type de machine, de sorte que la puissance ne croît pas toujours comme la densité d’énergie qui, dans certaines conditions, est sensiblement proportionnelle au carré de la pression évaluée par exemple en atmosphères [2].

Pour obtenir des facteurs multiplicateurs de plusieurs centaines d'unités dans l’air comprimé à 30 ou 40 atmosphères, N. Félici a été conduit à utiliser des transporteurs conducteurs arrondis autour desque!s le champ électrique peut acquérir une énorme valeur, sans risquer d’en faire évader les charges électriques.

Avec les machines à transporteur isolant employées jusqu’à présent (plateau, courroie), il n’en est plus de même parce que le champ n’est plus normal au transporteur. Des éléments du transporteur se trouvent alors soumis à un champ langentiel et celui-ci ne peut pas dépasser une certaine valeur au-delà de laquelle il se produit un glissement des charges sur la surface isolante. D’après N. Félici, ce phénomène de glissement se déclenche d’ailleurs pour une valeur du champ qui est indépendante de la rigidité diélectrique du milieu, de sorte que le facteur multiplicateur n’est pas élevé, même dans l’air comprimé sous haute pression.

Malgré cette infériorité du multiplicateur, certaines machines à transporteur isolant peuvent avoir dans des gaz comprimés une puissance notable grâce à un multiplicande élevé dû à des dispositions qui assurent: le maximum d’efficacité des organes tout en évitant les difficultés d’isolement auxquelles on se heurte souvent en électrostatique.

Si l’on envisage le fonctionnement classique de toute machine où le transporteur est influencé par des inducteurs fixes comportant des armatures conductrices recouvertes ou non d’isolant, on sait qu’il faut nécessairement une différence de potentiel, d’ailleurs élevée, entre l’armature de l’inducteur considéré et le peigne en regard de cet inducteur. Cette nécessité, qui constitue le problème de l’excitation, auquel de nombreuses solutions ont été apportées, reste cependant une cause de complication et présente des difficultés particulières dans un certain type de génératrice qui serait avantageux. Ces difficultés proviennent de ce que le problème de l’excitation doit être résolu avec des différences de potentiels et non avec des courants que l’on peut faire circuler comme il convient dans les bobines des machines électromä-

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gnétiques. Or, l’inducteur à armature conductrice recouverte d’isolant se prête à un nouveau mode d’excilation que j'ai trouvé et grâce auquel l’inducteur peut influencer le peigne en regard quand la différence de potentiel entre larmature et le peigne est nulle [3].

C’est ainsi qu’à partir de 1933, j'ai créé de nouvelles génératrices à plateau [4] munies de connexions déplaçables et basées sur ce mode d’excitation.

L'une de ces machines, construite pour fonctionner dans une enceinte hermétique et que j’ai expérimentée en 193) a fourni plus de 50 W par plateau de 25 cm de diamètre tournant à la vitesse de 2 900 t : mn dans de l’air à la pression de 3 kg : cn, ou dans de l’anhydride carbonique sous cette même pression au-dessus de l’atmosphère normale.

Cette puissance (soit 0,8 mA %X 70 KV pour l’anhydride carbonique) relativement importante pour une machine électrostatique provenait d’un multiplicateur de pouvoir égal à environ 8 associé à un multiplicande de 7 W, puissance dans l’air à la pression atmosphérique obtenue avec un montage octopolaire qui se prêle à une meilleure utilisation de l’enceinte que le montage bipolaire, ce dernier ne fournissant d’ailleurs que 5 W à la vitesse indiquée [5].

Ainsi, certaines machines à plateaux ont une puissance atteignant une valeur intéressante dans des gaz faiblement comprimés et il paraît utile de chercher à supprimer les

connexions déplaçab'es dans ces machines à inducteurs recouvert d’isolant. C’est à quoi j’ai consacré le présent travail en mé hornant loutefois, en ce qui concerne l’expérimentation, au fonctionnement dans l’air à la pression atmosphérique. $

Cette (hèse est divisée en quatre parties :

La première partie est relative aux particularités de fonctionnement des machines à inducteurs recouverts d’isolant el conduit à poser un problème touchant à la récherche de perfectionnements.

La deuxième partie est consacrée à l’exposé du nouveau procédé pour résoudre ce problème.

La troisième partie se rapporte à l’expérimentation du nouveau procédé.

La quatrième partie montre une application sous forme d’une nouvelle génératrice dont le fonctionnement fait l’objet de diverses mesures.

Je tiens à témoigner ma reconnaissance à M. L. Verain, professeur honoraire de Physique Industrielle à la Faculté des Sciences d'Alger, qui m'a encouragé à poursuivre mes recherches en électrostatique depuis 1934.

Qu'il me soit permis de remercier ici mon frère, Jacques Jolivet, ingénieur I.A.A., grâce à qui j’ai pu me livrer à de longs travaux personnels dans notre atelier de Maison-Carrée.