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Le générateur électrostatique de Felici-Gartner
 ( période 1955 -1970 ) 

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Entre 1955 et 1970 le chercheur français Noël J. Felici a developpé une série de générateurs électrostatiques de forte puissance, en utilisant une excitation électronique et différentes tailles de cylindres isolants tournant à grande vitesse dans des enceintes pressurisées à l'hydrogène.

Perspective historique

En France, à Grenoble, entre 1945 et 1960, le laboratoire d'Electrostatique du Centre National de la Recherche Scientifique [ CNRS] , s'est attaché à une étude systématique des générateurs électrostatiques, afin d'en tirer la maximum au point de vue énergétique, et d'en permettre l'emploi dans les applications courantes ( rayons X , peinture électrostatique, essais électriques, etc.).
Les recherches  Noël J. Felici, Elie Gartner, et Morel ont conduit à un modèle de machine électrostatique assez différent de la machine à courroie ( Van de Graaff), car l'organe mobile est ici un cylindre creux, et le gaz comprimé d'isolement est de l'hydrogène pur.

La S.A.M.E.S., Société Anonyme de Machines Electrostatiques, créée en 1947, a développé pour le CNRS ( physique des particules , physique nucléaire) ces génératrices électrostatiques de grande puissance, de faible encombrement et de bon rendement .

La fabrication de ces unités est terminée
. Ces machines ont été réformées dans les établissements d'enseignement et de recherche, remplacées par des générateurs de type Cockcroft - Walton.
La version compacte SAMES B 20 ( 80-90 kV ) m'intéresse beaucoup. N'hésitez pas à me contacter !

Description de la génératrice Felici-Gartner à cylindre isolant

Cette machine électrostatique compacte diffère du générateur à courroie Van de Graaff.

Plutôt qu'une courroie ( générateur Van de Graff )  c'est ici un cylindre à parois minces ( quelques millimètres d'épaisseur),  en matière isolante, qui tourne à grande vitesse ( jusqu' à 80 m/s) autour d'un stator cylindrique légèrement conducteur, laissant un interstice très faible ( fraction de mm) . 

La charge et la décharge du cylindre sont assurée par de minces lames d'acier, disposée à l'intérieur du cylindre parallèlement à son axe, et influencées par des inducteurs métalliques se trouvant à l' intérieur du stator. La machine est fréquemment multipolaire ( jusqu'à 16 pôles), c'est pourquoi elle peut donner des courants relativement intenses.

L'hydrogène ( 15 a 25 atmosphères) facilite beaucoup le phénomène de charge et de décharge grâce à la mobilité de ses ions.

La génératrice Felici-Gartner est bien adaptée à la production de tensions de 50 kV à 1000 kV avec des intensités jusqu'à 50 voire 100 mA. Elle a été utilisée dans l'accéleration des neutron.
Fig 1 : SAMES B 80 : Cylindre dans son enceinte sous pression d'hydrogène
Fig 2 Moteur en bas de l'unité

La génératrice utilise un transporteur isolant cylindrique (composite époxy) [cylindre Fig 1] Les dimensions du cylindre sont classiquement de 140 mm de diamètre ( et jusqu'à 300 mm ), 220 mm de longueur, 0.3 mm d'épaisseur.

Les électrodes ( ionisateur de charge et ionisateur de débit) sont disposées le long de génératrices diamétralement opposées.
L'ensemble est placé dans une enceinte d'hydrogène sous pression.

Ni la disposition cylindrique, ni l'hydrogène ne sont très favorables à l'obtention de tensions très élevées; en revanche, la puissance spécifique et le rendement sont supérieurs à ceux de tous les autres générateurs électrostatiques.

La forme cylindrique assure une excellente définition géométrique de la machine qui est ainsi très compacte. Les tensions sont de 80 a 1000 kV et les courants de l'ordre de 0.2 à 14 mA.

Exemple d'un générateur Félici de 80 kV  SAMES 80 en démonstration à Versailles ( Universcience , Palais de la Découverte, Dailymotion )



Machine à cylindre -  4 pôles ( ©  G. Frick )



Bibliographie

1 Felici N. J. - Elektrostatische Hochspannungs-generatoren -1957, Karlsruhe, G.Braun.

2 Felici N. J - Progrès récents dans l'application industrielle des générateurs électrostatiques - Annales des Télécommunications, février 1954, Volume 9, pp 44-55

Dans cet article, l’auteur fait un exposé historique de l’évolution des idées selon lesquelles il étudie et réalise depuis1942, à Grenoble, des machines électrostatiques industrielles. Les principes de base des machines électrostatiques étant brièvement rappelés, il indique pourquoi il s’est d’abord intéressé aux machines à transporteurs conducteurs du type de celle de Toepler. Il explique les difficultés qui l’ont conduit à renoncer aux premiers modèles à secteurs plans au bénéfice des modèles cylindriques, dont trois types étaient alors fabriqués par la S. A. M. E. S. Il montre ensuite comment, par l’intermédiaire de dispositifs à barres conductrices noyées dans un isolant, il a été amené, en 1950, à en venir aux machines à transporteur isolant, qui avaient initialement été laissées de côté. Cela a été possible grâce aux excellentes propriétés mécaniques et isolantes de l’araldite, aux caractéristiques mécaniques et à la très faible conductibilité du verre, ainsi qu’aux avantages que présente une atmosphère d’hydrogène sous pression. Les nouvelles machines construites sur ces principes se distinguent par des qualités de puissance, de robustesse et d’innocuité, ainsi que par le fait qu’elles fournissent un courant rigoureusement continu.

5 Felici N.J- L'avenir de la generation electrostatique - colloques du CNRS , Grenoble , 1960

Biographie

 Noel Felici sur Wikipedia (fr)

Télécharger : Louis Néel et le magnétisme à Grenoble , Récit de la création d'un empire dans la province française 1940-1965  ( Reprint de Cahiers pour l'histoire du CNRS, 1990 - 8)
   Par Dominique Pestre ( CNRS) : cf chapitre 3 Les années d'enthousiasme pour les machines de Félici, 1945 - 1948.

Georges Frick - Machines électrostatiques - Techniques de l'ingénieur, traité Génie électrique ( 26 pages )


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