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    L'invention du moteur synchrone par Nikola Tesla

    par Ilarion Pavelingnieur en chef des mines

    chercheur au Laboratoire de Physique Thoriquecole Normale !uprieure

    Figure 1 : La couverture du Time Magazinedu 20 juillet 1931, consacre Tesla loccasion de son 75eanniversaire( Time "aga#ine, New York)

    Nikola Tesla $1%&(1)*+, est n en -roatie . !mili/an0 dans l'mpire

    d'2utriche0 quatri3me des cinq enfants d'un pr4tre orthodo5e serbe6 2pr3s ses

    tudes . l'cole Polytechnique de 7ra# et . l'8niversit de Prague0 il travaille

    comme ingnieur . 9udapest et . Paris0 o: il essaie de dvelopper ses ides sur

    le courant alternatif et le moteur lectrique . champ tournant0 sans succ3s6 n

    1%%*0 il migre au5 tats(8nis o: il vivra le reste de sa vie6 Il entre dans la

    compagnie d'lectricit fonde par Thomas dison $1%*;(1)+1,0 mais ce dernier0

    ayant dvelopp ses affaires e5clusivement sur le courant continu0 ne voit pas

    d'un bon u0 Tesla quitte dison pour la socit

    de 7eorge ?estinghouse $1%*(1)1*,6 -'est le moment o: dison et

    ?estinghouse engagent une bataille acharne pour dvelopper un syst3me de

    distribution d'lectricit0 que ?estinghouse gagnera6 sprit cratif0 Tesla est

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    @

    auteur ou contributeur de nombreuses inventions A moteur . induction0 rseau de

    distribution de courant alternatif0 radio0 communications sans fil0 robots

    tlcommands6

    QUELQUES RAPPELS DLECTRICIT ET DE MAGNTISME

    8n /our d'avril 1%@B0 . -openhague0 lors d'une confrence donne . des

    tudiants0 le physicien danois Cans -hristian Drsted $1;;;(1%&1, connecte une

    batterie galvanique . un fil de platine plac /uste au(dessus d'une boussole6

    !tupfaits0 les tudiants constatent que le courant lectrique qui traverse le fil

    fait dvier l'aiguille de la boussole0 de mani3re analogue au champ magntique

    terrestre6 Il e5isterait donc un lien entre les phnom3nes lectriques et

    magntiques16

    Figure 2 : Exprience d'rsted Lorsqu'on fere le circui! ( droi!e), le couran!lec!rique qui "asse "ar le conduc!eur en#endre un c$a" a#n!ique, qui in!era#i! avec

    l'ai#uille de la %oussole e! la fai! dvier& L'ai#uille s'orien!e "er"endiculaireen! auconduc!eur ( larion avel)&

    -ette dcouverte n'est pas une consquence heureuse du hasard0 mais le

    fruit d'une longue recherche6 2depte de la Na!ur"$iloso"$ie0 Drsted tait

    persuad que les divers phnom3nes mcaniques0 lectriques0 magntiques et

    chimiques que l'on observe n'taient que diffrentes manifestations d'une m4me

    force unitaire plus fondamentale6 Drsted a l'intuition d'utiliser pour ses

    e5priences des cellules galvaniques@et non0 comme les autres physiciens0 des

    machines lectrostatiques ou des bouteilles de Leyde0 dont les courants sont

    insuffisants pour mettre en vidence des phnom3nes magntiques6 n effet0 les

    machines lectrostatiques produisent de hautes tensions mais de faibles

    16 Pour une analyse du te5te de 1%@B dEDrsted0 voir F6(F6 !amueli et 26 "oatti0 G LEacte de naissance delElectromagntisme H0 i%Nu0 /anvier @B1B6@6 Le prsent article utilise de mani3re quivalente les terminologies len!s #alvanique0 "ile lec!rique et%a!!erie6

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    +

    courants0 limits dans le temps6 Les effets magntiques tant proportionnels .

    l'intensit du courant0 il est pratiquement impossible de les mettre en vidence

    avec ce type d'appareillage6

    uand Jran>ois 2rago prsente en 1%@B les rsultats d'Drsted . une

    runion de l'2cadmie des !ciences . Paris0 la dcouverte est re>ue par la

    plupart des auditeurs avec rserve car on pensait0 sous l'influence de -harles de

    -oulomb0 qu'il n'y avait aucun lien entre les phnom3nes lectriques et

    magntiques6 2ndr("arie 2mp3re ne partage pas ce scepticisme et se lance

    dans un travail acharn autant e5primental que thorique qui0 au bout de

    quelques semaines0 l'am3ne . comprendre et e5primer de fa>on quantitative les

    liens entre les courants lectriques et les champs magntiques+6 K cette

    occasion0 2mp3re invente de nouveau5 appareils lectromagntiques comme le

    galvanom3tre*et le solnode

    &6

    =e l'autre cMt de la "anche0 ?illiam !turgeon $1;%+(1%&B, dcouvre qu'en

    insrant une barre de fer dans un solnode0 le champ magntique augmente de

    fa>on spectaculaire6 Il invente ainsi l'lectroaimant comme son nom lEindique0

    celui(ci0 aliment par une cellule galvanique0 produit un champ

    magntique $capable0 par e5emple0 de soulever des morceau5 de fer,6

    L'lectroaimant permet donc d'effectuer une action mcanique !"ai#e #e!"ne$gie !ect$ique6 Il /ouera un rMle crucial dans l'invention du moteur

    lectrique6

    Figure 3 : L'lectroai!ant de "turgeon, for de s"ires de cuivre enroules sur unno*au de fer en fore de fer c$eval, "ouvai! soulever des asses de + k#& Les con!ac!s

    lec!riques son! assurs "ar deu cuves con!enan! du ercure no!es - e! . (la!roisi/e cuve, #auc$e, servai! d'in!erru"!eur "ar l'in!erdiaire de la !i#e d)& Le fil en

    +6 Ooir l'anne5e technique . la fin de l'article6*6 Le galvanom3tre est form d'une aiguille de boussole situe . l'intrieur d'une bobine6 Lorsqu'un courantlectrique traverse la bobine0 il engendre un champ magntique qui dvie l'aiguille6 -'est en mesurant cettedviation qu'on value l'intensit du courant6&6 Le solnode est constitu d'un fil conducteur enroul en forme d'hlice autour d'un long cylindre6 2limentpar une cellule galvanique0 il fournit un champ magntique plus fort et plus homog3ne qu'une simple boucle defil conducteur6

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    *

    cuivre es! sans isola!ion, le fer es! laqu "our vi!er le cour!0circui! en!re les s"ires&(llus!ra!ion 1iki.oons)

    utre(2tlantique0 Foseph Cenry $1;);(1%;%, construit des lectroaimants

    de plus en plus performants A il diminue leur taille tout en augmentant la force

    d'attraction magntique6 Prfigurant lEisolation des cQbles lectriques0 Cenry

    recouvre le fil de cuivre avec une isolation de soie0 ce qui permet de serrer les

    enroulements de la bobine et de les disposer en plusieurs couches6 2insi0 le

    champ magntique de la bobine augmente notablement0 bien que la source

    d'nergie reste une modeste cellule galvanique6 Les caractristiques des

    lectroaimants d'Cenry dpassent vite celles des aimants permanents6 Ils sont

    principalement destins . des laboratoires de recherche ou utiliss pour effectuer

    des dmonstrations publiques A une dmonstration spectaculaire consistait .maintenir suspendu un barreau de fer pesant quelques centaines de kilogrammes

    grQce . l'attraction d'un lectroaimant6 Lorsqu'on coupait l'alimentation de ce

    dernier0 le barreau tombait au sol avec grand fracas6 Par ailleurs0 certains

    lectroaimants furent commercialiss A un de ceu5 construits par Cenry fut

    employ par la socit Penfield and Taft IronRorks $-roRn Point0 tat de NeR

    Sork, pour aimanter des cylindres d'acier utiliss dans la sparation du minerai

    de fer6

    L"IN%ENTI&N DU M&TEUR LECTRIQUE

    -'est en essayant de dmontrer qu'un fil travers par un courant lectrique

    produit un champ magntique circulaire qu'en 1%@10 "ichael Jaraday $1;)1(

    1%;, met au point un syst3me mcanique tournant6 =ans une cuve remplie de

    mercure0 il plonge verticalement un barreau aimant qu'il maintient fi5e6 nsuite0

    il fait pendre librement une tige conductrice qui touche la surface du liquide6 nconnectant la tige . une cellule galvanique0 Jaraday remarque qu'elle tourne

    autour du barreau0 son e5trmit libre dcrivant des cercles c'est le rsultat de

    l'interaction entre le courant qui la traverse et le champ magntique de l'aimant6

    Il s'agit donc du premier dispositif de con'e$(ion #"ne$gie !ect$ique en

    mou'ement mcanique continu6Nanmoins0 il ne connaUtra pas d'applications

    pratiques et restera un appareil de laboratoire6

    6 Ooir anne5e technique0figure 216

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    &

    Figure # : Le !oteur lectri$ue de Farada%& Le couran! lec!rique fourni "ar la%a!!erie "asse !ravers la !i#e conduc!rice sus"endue e! in!era#i! avec le c$a"

    a#n!ique "rodui! "ar l'aian! "lon# dans la cuve de ercure& La !i#e !ourne alorsau!our de l'ae ver!ical, son e!ri! dcrivan! des cercles& Le con!ac! lec!rique es!

    assur "ar le su""or! e! "ar le ercure don! la !i#e !ouc$e la surface ( larion avel)&

    Cenry invente en 1%+1 le premier moteur lectrique;6 La partie mobile est

    un lectroaimant qui bascule sur l'a5e hori#ontal6 !a polarit s'inverse

    automatiquement pendant son mouvement grQce . deu5 paires de fils

    conducteurs qui se connectent alternativement . deu5 cellules galvaniques6 =eu5

    aimants permanents verticau50 dont les pMles sont orients dans la m4me

    direction0 attirent et repoussent alternativement les e5trmits de

    l'lectroaimant0 ce qui le fait osciller6

    Figure & : oteur oscillant de (enr%& 2eu aian!s "eranen!s (. e! 2) son! fisavec les "3les nord orien!s en $au!& Lorsque l'lec!roaian! es! alien! "ar la "ile dedroi!e, son "3le nord es! re"ouss vers le $au! "ar l'aian! 2, e! son "3le sud 4 es!a!!ir vers le %as "ar l'aian! .& L'lec!roaian! %ascule, l'alien!a!ion es! cou"e auniveau de la "ile de droi!e, r!a%lie au niveau de la "ile de #auc$e don! les conneionsson! ralises de !elle ani/re que les "3les nord e! sud de l'lec!roaian! s'inversen!&

    4lors le "3le nord 4 es! re"ouss "ar l'aian! . e! le "3le sud es! a!!ir "ar l'aian! 2&L'lec!roaian! %a