Bobine Tesla - Définition

Introduction

Bobine Tesla servant de simulateur d'éclairs au Questacon - National Science and Technology centre à Canberra en Australie.

La bobine Tesla ou transformateur de Tesla est une machine électrique fonctionnant sous courant alternatif à haute fréquence et permettant d'atteindre de très hautes tensions. Elle porte le nom de son inventeur Nikola Tesla. L'appareillage consiste en deux, voire trois circuits de bobinages couplés et accordés par résonance. Il n'y a pas de noyau métallique comme dans les transformateurs électriques classiques : c'est un transformateur à noyau d'air.

Les premières données écrites proviennent de Colorado Springs Notes sorte de cahier technique journalier où Nikola Tesla a inscrit ses annotations, non pour un lecteur mais pour lui-même.

Depuis 1994, des centaines d'amateurs curieux ont construit leur transformateur de Tesla, et des perfectionnements importants sont à l'origine de montages efficaces et de qualité. Les matières plastiques, les résines époxydes, les condensateurs à haute tension fonctionnant en régime impulsionnel, l'utilisation de l'informatique pour l'optimisation des calculs, les forums de discussion sur l'Internet ont contribué à rendre populaire cet appareillage inventé il y a un siècle.

Composants du montage

Circuit avec éclateur en parallèle avec le secondaire du transformateur d'alimentation.

Circuit avec éclateur en série avec le secondaire du transformateur d'alimentation.

• Une alimentation haute tension composée d'un transformateur classique élévateur de tension pouvant fournir plusieurs kilovolts, éventuellement un dispositif de sécurité : filtres pour protéger le secteur, fusibles, disjoncteur. Ces éléments ne sont pas représentés sur les schémas. La haute tension alternative obtenue est de l’ordre de 10 000 à 15 000 volts avec une fréquence industrielle (50 Hz en Europe, 60 Hz aux États-Unis).
• Un éclateur à étincelles interrompues (arc soufflé) ou rotatif, inséré dans le circuit de puissance, en série ou en parallèle avec l'alimentation et l'enroulement primaire.
• Un condensateur ou une chaîne de condensateurs, capable de résister à une tension supérieure à celle de l'alimentation.
• Une bobine primaire large, comptant peu de spires, de deux à quinze, et capable de résister à un courant élevé. Une sorte de pince crocodile, en avançant ou en reculant sur la spirale permet de fixer le câble fermant le circuit de haute tension au point exact de la syntonie.
• Une bobine secondaire haute, composée de spires jointives de fil de cuivre émaillé (de huit cent à mille), bobinées en une seule couche sur un support cylindrique isolant.
• Une pièce métallique servant d'électrode de décharge, au sommet du bobinage secondaire. Sa capacité doit être connue et adaptée au circuit. Sa forme importe beaucoup : il existe des modèles en forme de sphère, de cône, de pointe, de tore, … En raison de phénomènes électrostatiques associés, sa forme permet d'éviter des décharges par effet corona et sa taille doit être importante pour protéger l'enroulement sous jacent des décharges qui pourraient détruire l'isolation des spires. Une grande capacité de l'électrode terminale permet de réduire la valeur capacitive du condensateur du circuit primaire.

• Des variantes du circuit sont possibles.

• Les deux schémas sont électriquement identiques. Toutefois lorsque l'éclateur est en parallèle avec le secondaire du transformateur d'alimentation, il protège celui-ci des courants impulsionnels qui font retour du résonateur vers le circuit primaire.
• La bobine secondaire (résonateur) a un diamètre inférieur à celui de la bobine primaire. Les deux enroulements sont concentriques. Toutefois leur couplage est lâche, contrairement au couplage élevé des transformateurs classiques. Le coefficient de couplage entre les deux circuits traduit le pourcentage d'énergie transmis du primaire au secondaire.
• La bobine secondaire est reliée à une très bonne prise de terre à sa base et l'électrode de décharge est fixée à son sommet.
• Dans le premier circuit, l'alimentation doit être de type alternative, et de préférence sinusoïdale
• Dans la seconde image, le circuit doit fonctionner avec un courant continu, et une résistance ou une inductance devrait être branchée entre le condensateur et l'alimentation