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La tour de Tesla, également connue sous le nom de tour de Wardenclyffe (1901– 1

La tour de Tesla, également connue sous le nom de tour de Wardenclyffe (1901– 1917), était une tour de transmission sans fil conçue par Nikola Tesla, située sur Long Island près de New York, et prévue pour la téléphonie et la diffusion sans fil transatlantique commerciales ainsi que pour démontrer la possibilité de transmission d'énergie sans fil1,2. Tesla imaginait également pour son système des applications similaires, dans leur principe, au télécopieur, à la géolocalisation, à la synchronisation d'horloges et à la radiodiffusion (qui n'existait pas encore à l'époque) de nouvelles et de musique. La tour n'a jamais été totalement opérationnelle3 et a été démolie en 1917. Sommaire  1Histoire o 1.1Historique de l'idée de transmission sans fil chez Tesla  1.1.1Premières idées et expériences  1.1.2Le problème du circuit de retour  1.1.3Le brevet de 1897  1.1.4Colorado Springs  1.1.4.1Ondes stationnaires  1.1.4.2Le "Magnifying Transmitter"  1.1.4.3Transmission d'énergie  1.1.4.4Multiplexage des communications o 1.2Construction  2Principes de fonctionnement prévus de l'installation o 2.1Transmission de l'énergie par la Terre o 2.2Fonctionnement de l'installation  2.2.1Mise en vibration stationnaire des courants électriques terrestres  2.2.2Les récepteurs d'énergie  3Architecture technique de l'installation o 3.1La tour  3.1.1La coupole  3.1.2Partie souterraine  3.1.3Le Transmitter o 3.2Le bâtiment o 3.3Version avancée de la tour, jamais construite  4Applications prévues du système  5La tour aurait-elle pu fonctionner ? o 5.1Conduction par ondes longitudinales o 5.2Circuit de retour  6Notes et références  7Voir aussi o 7.1Articles connexes o 7.2Bibliographie  7.2.1Sources secondaires  7.2.2Sources primaires o 7.3Liens externes Histoire[modifier | modifier le code] Historique de l'idée de transmission sans fil chez Tesla[modifier | modifier le code] Le projet de la tour Wardenclyffe est l'aboutissement d'une longue démarche de réflexion et d'expérimentation de Tesla qui rêvait d'un système de distribution d'énergie électrique et d'information sans fil, qui pourrait couvrir le monde entier.  Evolution de l'idée de transmission d'énergie sans fil  Brevet 593138 du 20 mars 1897 pour la transmission d'énergie à un seul fil (idée de 1891). Point de départ de l'idée de transmission d'énergie sans fil. La transmission d'énergie est réalisée par le fil, et le circuit de retour par le sol.  Brevet 645576 déposé en 1897, accordé en mars 1900 de transmission d'énergie sans fil. L'énergie est transmise par la haute atmosphère, par les ballons métalliques D et D' Br1 1.  Vérification expérimentale en 1898 de transmission d'énergie par gaz raréfié, simulant la haute atmosphère. Premières idées et expériences[modifier | modifier le code] L'origine de ce projet remonte à l'idée de Tesla de transmission d'énergie électrique par un seul fil, sans circuit de retour, de 1891, brevetée en 1897Ca 1. En effet, pour que l'énergie circule, il est nécessaire d'établir un circuit électrique qui doit se refermer sur lui-même et doit donc comprendre un circuit de retour et en général deux fils que l'on trouve dans nos cordons d'alimentation habituels. Le brevet de 1897 utilisait la terre comme circuit de retour, réduisant fortement les coûts de système de distribution d'énergie. Cette technique est fonctionnelle, et utilisée de nos jours sous la dénomination de Single-wire earth return (en) (SWER). Première expérience de Tesla à propos des courants électriques terrestres, à New-York, vers 1895. Cette expérience lui donne la conviction que la Terre est un réservoir d'énergie, parcourue de courants électriques. Puis, pendant les années 1890, l'idée émerge progressivement dans l'esprit de Tesla que la terre pourrait être utilisée non pas en circuit de retour, mais pour transmettre l'énergie elle-même par conduction, sans aucun fil. Tesla développe l'idée que les courants terrestres pourraient être exploités et disciplinés par résonance : en déterminant la fréquence de résonance de la Terre, considérée comme un énorme conducteur plein et sphérique, il pourrait être possible, avec une dépense d'énergie minimale, de faire surgir des "vagues" d'énergie électrique en tout point de la TerreCa 2 (voir #Transmission de l'énergie par la Terre). Il évoque cette possibilité en 1893 devant le Franklin Institute et la National Electric Light Association (en)On 1. Vers 1895, Tesla lance une série d'expériences pour tester les courants électriques terrestres. Tesla utilise une grande bobine en forme de cône, reliée à la terre à l'extrémité inférieure et laissée à l'air libre à l'extrémité supérieure. Il ajuste les paramètres de l'installation afin de produire un minimum d'émission d'ondes électromagnétiques, en maximisant son inductance et en minimisant sa capacitance, pour transmettre un maximum d'énergie par la terreCa 2. La bobine est excitée par un courant à haute fréquence. Tesla arrive ainsi à produire d'importantes décharges électriques à l'extrémité supérieure. Pour Tesla, ce phénomène est une preuve qu'il arrive à exploiter les courants électriques présents dans l'écorce terrestreCa 2. Le problème du circuit de retour[modifier | modifier le code] Pearson's Magazine, mai 1899. Article illustrant l'idée de Tesla de distribuer l'énergie sans fil, en passant par la terre avec circuit de retour en haute atmosphère. Comment créer un circuit de retour également sans fil ? Alors que l'air est un isolant à pression normale, Tesla avait remarqué que l'électricité pouvait circuler dans du gaz raréfié présent dans un tube de Crookes. Tesla suppose alors que le circuit de retour pourrait passer par la haute atmosphère, avec des terminaux supportés par des ballons, ou des stations en haute montagneCa 1. En 1898, Tesla essaye dans ses laboratoires de Houston Street à New-York de faire circuler de l'électricité dans un tube de 15 m de long où il avait baissé la pression jusqu'à 120-150 mmHg (la pression à 8 000 m d'altitude). C'est un succès. Il découvre que la tension et la fréquence du courant alternatif doivent être très élevées pour assurer la conduction du courant dans ces conditionsCa 1. Ce succès le rend extrêmement confiant dans ses idées de transmission d'énergie sans fil et Tesla commence à rêver d'un système mondial de distribution d'énergie et d'information sans fil, et ce projet devient le sujet majeur de ses recherches et de sa créativité. Tesla communique abondamment dans la presse sur ce sujet et, alors que Marconi vient tout juste de réussir la première liaison transmanche par radio en 1899, il promet qu'il pourra bientôt joindre le monde entier, jusqu'à Manille ou Tokyo à partir de New-York4, non par des ondes hertziennes comme Marconi, mais par pure conduction d'électricité. Bien qu'ayant contribué de manière importante aux techniques permettant de générer et contrôler les ondes hertziennes, Tesla ne croyait pas dans l'efficacité de celles-ci pour communiquer de l'information, et encore moins pour transporter de l'énergie, et ne jurait que par la conductionCa 1. Le brevet de 1897[modifier | modifier le code] En 1897 il dépose un brevet de transmission d'énergie sans fil (Brevet 645576)Br1 2. Le schéma ressemble à celui de la transmission à un seul fil, la transmission d'énergie se faisant par la haute atmosphère, mais le brevet évoque également la possibilité de transmission par la terreBr1 1. En 1932, dans une interview à John J. A. O'Neill, Tesla a déclaré qu'il avait envisagé les deux possibilités : transmission de l'électricité par la haute atmosphère et par la Terre, et qu'il avait abandonné la première possibilité5. Le schéma ressemble à celui d'un émetteur d’ondes radioélectriques de l'époque, avec des antennes, à tel point que c'est ce brevet qui sera retenu en 1943 (peu de temps après la mort de Tesla) pour établir la priorité de Tesla par rapport à Marconi dans la découvertes des techniques de diffusion radioUt 1,6. Mais ce dispositif est "renversé", en cherchant au contraire à minimiser l'émission d'ondes hertziennes et maximiser les courants de terre : pour cela, Tesla maximise l'inductance du circuit et minimise sa capacitanceCa 2. C'est cette configuration qui sera retenue pour les expériences de Colorado Springs et Wardenclyffe. Colorado Springs[modifier | modifier le code] Station expérimentale de Tesla à Colorado Springs. Le bâtiment abrite une gigantesque bobine Tesla, un mât télescopique permet d'élever une boule de cuivre jusqu'à une hauteur de 43 m. Cette installation pose les bases opérationnelles de la tour de Wardenclyffe. Mais Tesla a besoin de données complémentaires pour mettre au point ce système. Quelles tensions, fréquences, altitude sont réellement nécessaires pour des applications industrielles ? Comment se comporte la conduction terrestre et atmosphérique à grande échelle, et à des tensions encore plus grandes ? En quête de fonds, Tesla courtise l'homme d'affaires J.J. Astor qui est fasciné par la science et la technologie et écrit des nouvelles de science-fictionCa 3. À la suite d'une cour assidue, il finit par convaincre Astor de prendre la majorité des parts de la Nikola Tesla Company, ce qui lui assure 100 000 $ (trois millions USD actuels) de fonds. Bien qu'Astor soit principalement intéressé par un nouveau système d'éclairage fondé sur des oscillateurs et un nouveau système d'ampoules, Tesla va utiliser ces fonds pour poursuivre ses recherches sur la transmission d'énergie sans fil. Muni de ces fonds, Tesla installe un laboratoire à Colorado Springs où il travaille de mai 1899 à janvier 1900. Cette situation géographique lui paraît idéale car très à l'écart à cette époque des perturbations électriques uploads/Geographie/ la-tour-de-tesla.pdf