Machine électrostatique - Définition

Générateur de Felici

En France, entre les années 1940 et 1960, Noël Felici, collaborateur de Louis Néel au laboratoire d'électrostatique du CNRS s'est attaché à une étude systématique des générateurs électrostatiques, afin d'en tirer le maximum au point de vue énergétique. Ces recherches ont conduit à un modèle différent de la machine à courroie de type Van de Graaff car l'organe mobile est un cylindre creux et le gaz comprimé d'isolement de l'hydrogène pur. Par rapport au générateur Van de Graaff, la courroie est remplacée par un cylindre isolant à parois minces (quelques millimètres) tournant à grande vitesse (jusqu'à 80 mètres par seconde) autour d'un stator cylindrique légèrement conducteur, laissant un interstice très faible (fraction de millimètre), et qui joue le rôle de distributeur de potentiel (anneaux équipotentiels) de la colonne des machines à courroie. La charge et la décharge du cylindre sont assurées par des lames minces d'acier, disposées à l'extérieur du cylindre parallèlement à son axe, et influencées par des inducteurs métalliques se trouvant à l'intérieur du stator. Lorsqu'elle est multipolaire (2, 4, 6, 16 pôles), elle peut donner des courants relativement intenses. L'hydrogène sous pression facilite la commutation, réduit les frottements et améliore le refroidissement.

C'est à ce jour la machine électrostatique qui a possédé le meilleur rendement. Commercialisés jusque dans les années 1970 par la SAMES à Grenoble, ces générateurs électrostatiques industriels compacts ont pu être utilisés pour des essais électriques, des projections électrostatiques, des accélérateurs de particules (ions ou électrons), des implantateurs ioniques, des rayons X. C'est une machine de ce type (Série KR300.10, 300 kV et 10 µA) qui est le générateur en démonstration au Palais de la découverte à Paris. Ce type de machine est remplacé aujourd'hui par des multiplicateurs de tension de type Greinacher (Tandetron, Singletron, de marque HVEE, ou Dynamitron) où l'électrostatique est remplacée par l'association de cascades diodes/condensateurs).

Générateur de Van de Graaff

Inventée dans les années 1930 par Robert Van de Graaff, et réalisée à l'université de Princeton, dans le New Jersey, cette machine (également appelée Statitron) générait de l'électricité statique à l'aide d'une courroie en matière isolante et par transport des charges vers une sphère métallique creuse, de grand diamètre (à cause de l'effet couronne). D'une taille gigantesque (7 mètres pour la colonne isolante, 1,80 mètre pour la sphère) lorsqu'elle fut développée pour la recherche, elle permettait d'atteindre une tension de 2 à 2,5 MV par rapport au sol. Cette invention a permis d'avancer dans la construction des accélérateurs de particules et dans le domaine de la physique nucléaire. L'intensité produite par l'appareil est de l'ordre du milliampère (mA). Comme la tension est de plusieurs mégavolts (MV), la puissance est de l'ordre du kilowatt.